地球万物都受到重力的影响，一个物体在地球上所受到的重力被称为常重力，重力加速度约为9.8m/s2。土星上的重力加速度比地球稍大，为1.16倍重力加速度，人们在坐过山车的时候可以感受到2倍重力加速度，而当火箭发射升空的瞬间，会达到8倍重力加速度。
1500倍重力加速度又是什么概念呢？5年后，浙江大学会给出答案。2018年1月15日，浙江大学正式宣布，将牵头建设“超重力离心模拟与实验装置”（CHIEF），通过高速旋转产生高离心加速度，模拟超重力环境。建成后，这个装置将是世界上容量最大、应用范围最广的超重力多学科综合实验平台，预计总投资将超过20亿元。
超重力离心模拟与实验装置是一种大型的复杂科学实验设施，能够将超重力场与极端环境相叠加，被称为革命性的工程工具。与常重力实验相比，超重力实验装置能够通过加大实验舱的超重力场，压缩空间和时间尺度，缩短物理运动的时间，产生“时空压缩”般的效应。
目前，世界上容量最大的离心机在美国陆军工程师兵团，容量为1200倍重力加速度·吨。而“CHIEF”包含两台超重力离心机主机，一台是高负载低加速度离心机，最大负荷能够达到44吨；另一台是低负载高加速度离心机，最大离心加速度可达到1500倍重力加速度，最大负荷是1吨，即容量可达1500倍重力加速度·吨。
此前，浙江大学已经建成容量400倍重力加速度·吨、最大150倍重力加速度的超重力离心机ZJU400与系列机载实验装置。利用ZJU400超重力离心机的“时空压缩”效应进行模拟试验时，只要把离心加速度调至100倍重力加速度，用1米尺度的小模型就能模拟深达100米土壤下的受力情况。当离心加速度达到150倍重力加速度时，100年的运移过程只要花39个小时就可以模拟实现，漫长演变的实际问题可以在短时间就得到相关数据。
然而，中国还需要产生更大重力加速度的实验装置来模拟某些工程项目，比如南海天然气的开采。南海的天然气水合物储藏在距离海面600~2000米的海床中，要模拟如此条件下的开采方案，原先的实验装置远远无法满足需要。“CHIEF”首席科学家、中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院陈云敏教授说，“所以，我们在设计超重力离心模拟与实验装置的性能指标时，并不是为了达到世界最大而设计，完全是为了满足国家的实际需求。”
在核废料填埋方案设计时，“CHIEF”也可以发挥作用。核废料的半衰期一般为万年左右，但利用超重力的“时间压缩”效应，可以短时间内模拟万年尺度上的核元素变化，从而为核废料地质处置方案提供科学依据，确定核废料填埋场的地点、深度等，保证核废料不会转移到地面上。
未来，“CHIEF”的主要科学目标将集中在全过程观测超重力环境下岩土体、地球深部物质、合金熔体等多相介质的物质运动；揭示岩土体大时空演变、成灾、地质过程演变、成盐成矿、合金熔体超重力凝固的机制等方面，为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高性能材料研发等提供基础支撑。
“CHIEF”的研制并不简单， 所有的实验装置和主机，并不是标准的装备，市场上不能直接购买，需要完全按照科学目标、工程目标来定制。在实验装置的设计阶段，需要攻克的技术难关就有54个，接下来陈云敏团队的工作就是要拿出每项关键技术的可行性报告，组织相关领域的资深专家进行论证。
在54项关键技术中，有几项尤其重要，比如动平衡技术。在实验过程中，试验舱内的模型的质心位置会发生变化，一旦出现不平衡，装置就会出现问题，结构就会被破坏。因此要有监测不平衡量的能力，如果监测到即将大于转臂所能承受的范围，就要提前进行预警。在预警之后，还需要根据情况进行调整，使整个装备处于动态平衡的状态。
在1500倍重力加速度下，主机的转臂、吊篮所用的材料以及制造技术，也是目前世界性的难题。“CHIEF”的转臂需要整体成型，重量达到200吨，直径近20米，在超重力环境下，不能出现丝毫缺陷。同时，转臂和吊篮的材料也需要轻质高强。此外，在“CHIEF”对实验模型进行实时监测时，需要用到传感器、数据收集和信号传输等电子器件，而在制造这些器件时，轻质高强材料也是首选。
相比浙江大学此前建设的ZJU400超重力离心机，“CHIEF”的性能提升了整整一个数量级，但是建设难度却提升了两个数量级。对此，陈云敏如履薄冰，“即使专家认为某项技术可以实现，也没法百分百保证能实现，还是存在不确定性，因为在1500倍重力加速度下会表现如何，谁也没有试过。”
本刊记者：李晓慧
