China construiește o centrifugă uriașă ca să „comprime” spațiul și timpul și vrea să bată recordul în cercetarea hipergravitației

China este pe cale să-și doboare propriul record în cercetarea hipergravitației, cu ajutorul unei centrifuge uriașe, capabile să învârtă mostre de câteva tone la intensități fără precedent. Mașina, numită CHIEF1900, a fost construită de Shanghai Electric Nuclear Power Group și a fost transportată către Universitatea Zhejiang din estul Chinei pe 22 decembrie, pentru instalare. Odată pusă în funcțiune, ea le va permite cercetătorilor să „comprime” spațiul și timpul, adică să reproducă, în laborator, fenomene care în realitate se întind pe distanțe mari sau pe perioade foarte lungi, precum cedări de baraje sau cutremure, potrivit universității.

Cu o capacitate de 1.900 g·tonă, CHIEF1900 va deveni cea mai puternică centrifugă construită vreodată pentru cercetare științifică. Unitatea g·tonă combină accelerația gravitațională (g, unde 1g este gravitația Pământului) cu masa probei (în tone): cu cât valoarea e mai mare, cu atât sistemul poate aplica „gravitație artificială” mai puternică unor mostre mai grele. Noul echipament o va depăși pe CHIEF1300, intrată în funcțiune în septembrie, cu o capacitate de 1.300 g·tonă, care deține în prezent recordul mondial.

Ambele mașini fac parte din Centrifugal Hypergravity and Interdisciplinary Experiment Facility (CHIEF), un laborator național amplasat la 15 metri sub campusul universității, pentru a reduce vibrațiile și a asigura o funcționare stabilă.

CHIEF1300 a detronat vechiul record, deținut mult timp de o centrifugă operată de US Army Corps of Engineers în Vicksburg, Mississippi, cu o capacitate de aproximativ 1.200 g·tonă. Prin comparație, o mașină de spălat de uz casnic rareori depășește 2 g·tonă în timpul centrifugării.

Aprobat în 2021, cu un buget de 2 miliarde de yuani (aproximativ 285 milioane de dolari), complexul CHIEF face parte din efortul mai amplu al Chinei de a extinde infrastructura de cercetare de vârf și de a promova colaborarea internațională. Facilitatea este deschisă utilizatorilor din universități, institute de cercetare și industrie, atât din China, cât și din străinătate.

Toate obiectele de pe Pământ sunt supuse gravitației și forței centrifuge care apare atunci când ceva se rotește. Generând forțe de sute sau mii de ori mai mari decât gravitația Pământului, mașini precum CHIEF pot „comprima” timpul și distanța: ele permit studierea unor procese care, în natură, ar dura decenii sau s-ar întinde pe kilometri, dar care pot fi observate într-un laborator, într-un interval mult mai scurt și pe un model la scară redusă.

De exemplu, pentru a evalua stabilitatea structurală a unui baraj de 300 de metri, oamenii de știință pot construi un model de 3 metri și îl pot roti la 100g. Astfel, modelul este supus unor niveluri de stres mecanic similare cu cele pe care le-ar resimți barajul real în condiții reale. 

Experimentele de hipergravitație pot oferi și indicii despre cum ar putea vibra șinele de tren de mare viteză sau cum migrează poluanții prin pământ de-a lungul a milenii, situații aproape imposibil de studiat în timp real.

Construirea unor centrifuge la această scară i-a provocat pe ingineri să exploreze un teritoriu tehnic neexplorat încă, a transmis universitatea în septembrie. La viteze extreme, cu brațe mecanice mai lungi și condiții de operare complexe, multe componente au trebuit dezvoltate de la zero.

Pentru a face față provocărilor, Universitatea Zhejiang a format o echipă multidisciplinară, din care fac parte experți în inginerie civilă, automatizări, termodinamică și știința mediului, pentru proiectarea și construirea sistemelor CHIEF.

Unul dintre cele mai mari obstacole a fost căldura

La viteze de rotație ridicate, centrifuga generează o cantitate uriașă de căldură, care poate afecta stabilitatea sistemului. Inginerii au dezvoltat un sistem de control al temperaturii bazat pe vid, folosind un flanșeu cu diametru record (piesă de îmbinare etanșă), care combină pomparea în vid, răcire de tip „glaciar” și ventilație cu aer forțat pentru a disipa căldura în siguranță.

„Ne propunem să creăm medii experimentale care acoperă de la milisecunde la zeci de mii de ani și de la scări atomice la scări de [kilometri], în condiții normale sau extreme de temperatură și presiune”, a declarat Chen Yunmin, cercetător-șef al CHIEF și profesor la Universitatea Zhejiang.

Într-un singur experiment, CHIEF poate reproduce deformări ale terenului la scara kilometrilor, poate simula transportul poluanților pe termen lung sau poate genera mii de probe noi de materiale.  „Ne oferă șansa să descoperim fenomene sau teorii complet noi”, a spus Chen.