圖①：CHIEF1300模型制備機。 　　圖②：超重力單向振動台。 　　圖③：超重力離心模擬與實驗裝置外觀。 　　圖片均為浙江大學提供

　　網友：近期看到新聞，位於浙江杭州的大國重器又有好消息——超重力離心模擬與實驗裝置正式啟用了部分核心設備。我想知道這個裝置是用來做什麼的？“解鎖”了什麼黑科技？

　　編輯：超重力是指在比地球重力加速度大得多的環境下物質所受到的力。超重力離心模擬與實驗裝置可以帶來“時空壓縮”的“超能力”，幫助科學家進行以往不可能的實驗。本期“院士講科普”，我們請超重力離心模擬與實驗裝置首席科學家、中國科學院院士、浙江大學教授陳雲敏講解這一裝置如何演繹“一眼萬年”。

　　

　　在浙江杭州城西科創大走廊，一座白頂紅牆的建筑格外顯眼，這裡有國家重大科技基礎設施——超重力離心模擬與實驗裝置（CHIEF）。前不久，裝置部分核心設備正式啟用。這套由我國完全自主研發的大科學裝置，能夠模擬超過地球重力千百倍的“超重力場”，在科研上實現“時空壓縮”。

　　為探索物質運動規律提供極端實驗條件

　　科學家通常將地球表面的重力加速度稱為常重力，比常重力小的稱為微重力，而大於它的就是超重力。

　　生活中，人們有時也會感受到超重力的存在。“比如坐過山車時面部的拉扯感，飛機爬升時的壓迫感，這些都是。”陳雲敏說，對超重力的科學研究，可以幫助我們突破現有的認知邊界。

　　陳雲敏介紹，超重力離心模擬與實驗裝置的核心設備CHIEF1300如同一個巨人掄動雙臂，帶動末端的吊籃高速飛旋，創造出強大的超重力場。而超重力離心機通過高速旋轉產生的離心力，模擬出百倍乃至千倍於地球重力的“人造重力場”。得益於極端重力條件下產生的諸多效應，研究人員能夠探尋地質演化、行星形成等物質運動規律。而基於超重力環境的實驗裝置，也是重大工程防災減災、深地深海資源開發、地下空間利用、新材料研制、地質過程研究等領域重要的科研利器。

　　這台啟用不久的CHIEF1300模型制備機，容量為1300g·t（重力加速度·噸），居世界前沿。CHIEF1300模型制備機與它的“兄弟姐妹”——建設中的CHIEF1900重載超重力離心機和CHIEF1500高速超重力離心機，共同構成了裝置的主機陣容。未來，在3萬多平方米的實驗大廳，3台離心機將沿南北軸線排列，各控制室和機載試驗裝備倉分居左右。當6.4米長的轉臂開始旋轉，CHIEF1300的吊籃內最高可產生300倍於地球重力的環境，為科學家探索物質運動規律提供極端實驗條件。

　　交叉學科共同發力，讓CHIEF建設更“博學”

　　超高速運轉、更長的機械臂、更加極端的運行工況……CHIEF實現的多個“最”，體現了研發背后的不易。

　　攻堅團隊中，包括浙江大學來自建工、控制、軟件、能源、環境、材料等多學科背景的科學家與工程師，交叉學科共同發力，讓CHIEF的復雜系統更“博學”。

　　比如，超重力離心機在高速旋轉時會產生大量熱量，使離心機主機環境迅速升溫。為保証離心機和機載裝置的安全，團隊設計了一套真空溫控系統，通過抽真空、通風冷卻等不同組合，帶走離心機高速旋轉產生的熱量，確保離心機在高轉速下安全平穩運行。

　　“我們希望通過離心加速度和負載的調控，構建從瞬態到萬年時間尺度、從原子級到千米級空間尺度、從常溫常壓到高溫高壓等多相介質物質運動的實驗環境。”陳雲敏說。

　　建設過程中，技術挑戰無處不在。其中，主機室基坑工程長99米、寬27米，最深處達38.3米，創造了浙江省公共建筑基坑的最深紀錄。

　　“從百米級基坑的支護安全，到超長離心機主軸的精密制造，每個環節都要求我們探索、創新。”CHIEF總工程師、浙江大學求是特聘教授凌道盛說，項目組實施全過程監控和實時反饋，對基坑支護結構進行全方位、多角度監控，確保工程安全推進。

　　動力基礎“扛得牢”，離心機“穩得住”，機載裝置在實驗艙“住得安”，為CHIEF開展更復雜的動態實驗打下基礎。

　　“超能力”為科研帶來更多可能

　　沿著實驗艙通道深入，6座實驗艙內18台機載裝置各司其職。“其實日常生活中，我們用的洗衣機就能產生很大的離心力﹔醫學實驗裡的離心機設備，離心加速度更大。但它們都有一個缺點：能負荷的東西少，抗不平衡能力差。”陳雲敏說，“因此我們主要研究的就是如何在更大的離心加速度上提升它所能承擔的重量。”

　　這18台裝置中，有6台為國際首創，12台技術指標達國際領先水平。這種在高速運轉的離心機上開展動態變化、多因素作用的實驗，陳雲敏形容為“讓孫悟空在離心機裡翻筋斗”。

　　陳雲敏指著其中的深海高壓溫控實驗裝置說：“這套裝置的重要使命，是攻克天然氣水合物（可燃冰）安全開採的世界性難題。它能在實驗艙內精確復刻千米深海的低溫高壓環境，讓我們直觀地研究水合物在開採過程中的相變、分解規律，從而為安全、高效地利用這種未來能源提供關鍵科學依據。”

　　實驗裝置各顯神通——“造波造嘯”裝置著力破解巨浪與海嘯對近岸工程的沖擊機理﹔超重力振動台可模擬9度烈度地震下百米級場地的災變規律﹔500公裡/小時高鐵路基動力效應裝置可為我國下一代高速鐵路路基設計提供驗証平台﹔超重力定向凝固熔鑄爐在超重力與1600攝氏度高溫的協同作用下，致力於鍛造出性能卓越的新一代合金材料……

　　超重力場“時空壓縮”的神奇能力如何實現？陳雲敏解釋：“如果在超重力離心機上搭載土體污染物遷移實驗裝置，就可以模擬污染物在地下大尺度、長歷時的運移。如果在現實中研究污染物的遷移，需要幾千年，但在超重力場中模擬實驗，可能隻需要一天的時間，真可謂‘山中方一日，世上已千年’。”

　　這種“時空壓縮”效應讓科學家能夠在實驗室裡完成以往不可能的實驗。眼下，具有“超能力”的科研矩陣正不斷擴容。容量更大的兩台離心機正在加緊安裝建設中。陳雲敏說，期待CHIEF為中國乃至全球的科技創新提供強大支撐。

　　《 人民日報 》（ 2025年11月08日 07 版）

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