记者近日获悉，浙江大学牵头建设的国家重大科技基础设施——超重力离心模拟与实验装置（CHIEF）项目可行性研究报告获得了国家发展和改革委员会批复。

陈云敏院士是该项目的首席科学家，他向记者介绍，国家重大科技基础设施是大型复杂科学研究装置或系统，能推动国家科学和技术发展，如北京正负电子对撞机、上海光源、天眼FAST射电望远镜等等。

CHIEF项目选址杭州未来科技城，占地约89亩，总投入将超过20亿人民币，是“十三五”时期优先建设的10项国家重大科技基础设施项目之一，也是在浙江省建设的首个国家重大科技基础设施项目。

CHIEF项目的建设时间为5年，建成后，它将填补我国超大容量超重力装置的空白，成为世界领先、应用范围最广的超重力多学科综合实验平台。

神奇的超重力能压缩时空，一眼万年

地球表面的任何物体都会受到地球重力的作用，人能够站立在地面上，物体会下落，都是重力的原因。

科学家们把地球上重力叫做常重力，用1g（重力单位）来表示，大于1个g的就叫超重力。比如航天员乘坐飞船返回地球时，会受到4个g的超重力，相当于承受了4个自己的重量。

在超重力环境下，还会发生人们平常看不到的神奇效应。因为这些神奇效应，科学家们可以完成很多在常重力环境中难以完成的实验。

超重力增大了物质的体积力，能产生缩尺作用。“举个例子，想知道100层楼高的房子对地基的影响，那么我们只需要造1层楼高的模型，将它放在100个g的超重力作用下，这时，1层楼对地基的影响效果，就相当于常重力下100层楼对地基影响的效果。这就是缩尺作用。”

在超重力场中，不同物质之间的相对运动的驱动力会被加大，从而产生缩时作用。比如超重力场下的爆气试验，超重力增大了气泡的运动速度，加速了相分离，从而缩短了实验时间。

陈云敏院士又给记者举了一个例子，如果在超重力离心机上搭载土体污染物迁移实验装置，我们就可以看到污染物在地下大尺度、长历时的运移，可谓“山中方一日，世上已千年”。

想要产生一个超重力场，就需要超重力离心机，因此超重力离心机被誉为地球上营造超重力环境的“革命性工具”。目前，世界上离心机最大容量为1200g•t（重力加速度×吨）。

CHIEF就是这样一个超重力离心机，陈云敏院士介绍，它建成之后，容量会达到1900g•t，是一个构建从瞬态到万年时间尺度、从原子级到千米级空间尺度、从常温常压到高温高压等多相介质运动的实验环境的“大家伙”。

超重力离心机长啥样？

那么，CHIEF这样的超重力离心机是怎样产生超重力场的呢？

为了更好地解释这个问题，陈云敏院士亲自带记者去参观了ZJU400。它在浙大建工实验大厅的地下室，相当于是迷你版的CHIEF。

在地下室里有一个天平模样的机器，陈云敏院士指着它，告诉记者，这个就是ZJU400。它工作时，“就像一个人两臂伸直，抓着篮子在旋转。”在机器下面有个电机，驱动它的“躯干”——中间的转轴，转轴转动时会带动它伸直的两个很粗的“手臂”，也就是转臂，转臂上固定着实验舱。

在它转动到一定速度后，这个时候，实验舱在离心力的作用下，舱内的超重力场就生成了。

“不过，在高速旋转的环境中，人是不能在实验舱内操作实验的。”陈云敏院士解释，实验舱内有机械手臂，它们所有的动作都是在中央控制台的控制下进行的。在这个地下室里面安装了很多传感器，能把检测到的信号和数据传输到控制室。

很多人又有疑问，既然已经有ZJU400，为什么要花这么大的精力来建设CHIEF这个如此庞大的超重力离心机呢？

陈云敏说，日常生活中，我们用的洗衣机也有很大的离心力，在医学实验里使用的离心机设备的离心力更大，但是它们都有一个缺点：所能负荷的东西少，抗不平衡能力差。

“所以我们研究的核心就是在高速的离心加速度上增加它所能承担的重量，比如在50g的离心加速度下，我们的实验舱可以负荷重量30吨。”实验舱大了，能搭载的机载装置功能就越强，所能做的实验也就更多。

CHIEF有6座超重力实验舱，分别是边坡与高坝实验舱、岩土地震工程实验舱、深海工程实验舱、深地工程与环境实验舱、地质过程实验舱和材料制备实验舱。通过设计，科学家就能够在舱内开展各类实验了。

CHIEF项目能做啥？

早在去年一月份，CHIEF项目建议书就获得了国家发展和改革委员会的批复。那么在这一年多里，浙大的科学家团队又在忙些什么？

要做成这样一个“大家伙”，困难重重，因此陈云敏院士要求大家在正式开工之前把可能碰到的技术难题都提出来。

过去的这一年，团队所做的正是这样一个有点类似“找茬”的预研工作。陈云敏院士说如果把超重力离心机主机比作一个挑着扁担在转圈的人，那么如何让他不“晕头转向”，就是在预研阶段要解决的难题。

到现在为止，他们挖出了建设过程中会遇到的48项关键技术，也论证了项目从原理上是可行的。

这一年来，团队不断地进行试验，提出难点问题，设计解决方案，验证方法和参数。“这是做工程的基本原则，用在工程上的设计方法和算法要通过试验验证过，才能使用。”陈云敏说。

一方面要国际领先，另一方面又要技术成熟。“如果这个阶段没有发现问题，就会给今后的制造过程留下隐患，装置的目标可能就实现不了。只要有一个验收指标没有达到，整个项目就不能通过验收，想要调整都不可能。”

不过在预研的攻坚过程中，陈云敏团队做出了许多喜人的研究成果。

其中的一个项目是“高速铁路列车运行动力效应试验系统”。这个系统的设计是为了控制高铁在我国东南沿海深厚软土地区运行时的沉降。

但是怎么做实验呢，在现实中，不可能真的在东南沿海修一条轨道、造一辆高铁去研究，这需要花费巨大的金钱和时间成本。但是利用超重力环境中的缩尺、缩时等效应，便可以用一个小的模型来模拟现实中高铁的运行，来研究和验证各种方案。

CHIEF预研实验就提供了这样的条件。这个“在实验室里跑高铁”的项目后来入选了2017年度“中国高等学校十大科技进展”。边学成说：“CHIEF研发出来可极大拓展我们的试验研究能力，做原来没法做的试验。”

项目还没正式开建，就已经成果迭出。陈云敏说，超重力的环境是全新的，可以让大家脑洞大开，不受以往教科书知识的束缚，这样一个极端环境促使大家带着问题去思考，老师和学生的思维就非常活跃。

当然预研只是万里长征的头几步。下一阶段，团队还将对每台机载装置各个子系统的参数进行验证。

浙江24小时2019年1月18日