弹道臼炮装置

7月19日，记者从中国科学院空间应用工程与技术中心获悉，中心研制建设的4秒电磁弹射微重力实验装置已于近日启动试运行。该装置达到了4秒微重力时间、10μg微重力水平、过载加速度不超过5g、实验间隔不大于10分钟的国际先进水平。与传统单程落塔、抛物线飞机等相比，装置在实验效率、实验载荷强度要求、运行成本、不同重力水平模拟等方面具有较大的优势。4秒电磁弹射微重力实验装置。倪思洁摄中国科学院空间应用工程与技术中心电磁技术室副研究员张永康介绍，充分有效的地面验证，是空间科学实验的前提和基础。地基研究能够大幅缩短实验周期、降低实验成本、提升空间实验成功率，是天基研究的重要补充手段。电磁弹射微重力实验装置有效解决了探空火箭、失重飞机、落塔等传统地基微重力设施存在的实验成本高、准备时间长、过载较大等缺点。4秒电磁弹射微重力实验装置采用电磁抛射的方式在地面构建微重力实验环境，即采用电磁弹射系统将实验舱垂直加速到预定速度后释放，实验舱在上抛和下落阶段为科学载荷提供微重力环境。在实验效率方面，传统落塔平均每天仅可以做2-3次实验，抛物线飞机每次可以飞行30架次以上，但实验准备周期约2-3个月。4秒电磁弹射微重力实验装置可以达到每天近百次实验的频率，准备时间1-2天，极大地提高了科学实验的效率。在实验载荷强度要求方面，传统落塔在降落回收阶段，试验舱和实验载荷要承受20g左右的冲击，很大程度上限制了常规科学仪器的使用。在本装置中，实验舱所受的电磁驱动力是全程可控的，无论是微重力、月球重力还是火星重力模拟实验，实验舱的回收加速度都可控制在3g左右，因此常规科学仪器都可以用于实验。在运行成本方面，装置采用储能和电磁驱动技术，装置运行仅消耗电能，单次实验消耗电能仅1度左右，运行成本较低，便于开展大规模的科学实验。张永康介绍，目前正在开展微重力流体物理实验，中国科学院空间应用工程与技术中心正在规划建设20秒电磁弹射微重力实验装置，力争实现微重力时间20秒、载荷500公斤的国际领先指标，构建国际微/低重力实验中心，为空间科学领域的科学家提供高效便捷的地基微/低重力研究平台，并为载人航天、深空探测等国家重大工程提供相关技术验证条件。4秒电磁弹射微重力实验装置效果图。中国科学院空间应用工程与技术中心供图

地面也可以做微重力实验了。19日，记者从中国科学院空间应用工程与技术中心获悉，由该中心研制建设的4秒电磁弹射微重力实验装置日前启动试运行。该装置采用电磁抛射的方式在地面构建微重力实验环境，即采用电磁弹射系统将实验舱垂直加速到预定速度后释放，实验舱在上抛和下落阶段为科学载荷提供微重力环境。目前，该装置可以维持的微重力时间可达4秒、微重力达10μg（十万分之一重力加速度）、过载加速度不超过5g（5个重力加速度）、实验间隔不超10分钟。电磁弹射微重力实验装置（4秒）效果图。中国科学院空间应用中心供图“与传统单程落塔、抛物线飞机等相比，该装置在实验效率、实验载荷力学强度要求、运行成本等方面具有较大的优势。”中国科学院空间应用中心副研究员张永康解释，在实验效率方面，传统落塔平均每天仅可以做2-3次实验，抛物线飞机每次可以飞行30架次以上，但实验准备周期约2-3个月，新装置每天可以开展近百次实验，准备时间1-2天，极大地提高了科学实验的效率。同时，在实验载荷强度要求方面，传统落塔在降落回收阶段，试验舱和实验载荷要承受20g（20个重力加速度）左右的冲击，很大程度上限制了常规科学仪器的使用。在新装置中，实验舱所受的电磁驱动力是全程可控的，无论是微重力、月球重力还是火星重力模拟实验，实验舱的回收加速度都可控制在3g（3个重力加速度）左右，因此常规科学仪器都可以用于实验。此外，在运行成本方面，该装置采用储能和电磁驱动技术，运行仅消耗电能，单次实验消耗电能仅1度左右，运行成本较低，便于开展大规模的科学实验。充分有效的地面验证是空间科学实验的前提和基础。地基研究能够大幅缩短实验周期、降低实验成本、提升空间实验成功率，是天基研究的重要补充手段。“电磁弹射微重力实验装置有效解决了探空火箭、失重飞机、落塔等传统地基微重力设施存在的实验成本高、准备时间长、过载较大等缺点。”张永康说。据悉，中国科学院空间应用中心正在规划建设20秒电磁弹射微重力实验装置，力争实现微重力时间20秒、载荷500千克的国际领先水平，构建国际微/低重力实验中心，为空间科学领域的科学家提供高效便捷的地基微/低重力研究平台，并为载人航天、深空探测等国家重大工程提供相关技术验证条件。

近日，中建二局安装公司一项被喻为航天领域“跳楼机”的高科技实验装置项目竣工验收，正式进入核心试验装置安装阶段。“跳楼机”名为4秒电磁弹射微重力实验装置项目，坐落在海淀区中国科学院北京新技术基地内，是国家大科学装置，为亚洲首例、世界第二例工程。该装置采用一种类似于炮弹造型的直线电机驱动实验舱体，通过电机全程控制加速度过程，以“2秒弹射到40米高空再2秒回落”的方式来产生微重力和超重环境，最终实现模拟微重力、月球重力、火星重力等运动模式，为航天大规模空间科学项目提供地基短时微重力实验服务。如此神奇的装置，藏身在一座40米高、占地136平方米的“高塔”里，总用钢量不足千吨。“136平方米约等于一个三室两厅，干了十几年工程，没见过这么小的。”项目经理李长龙介绍，平地竖起一座高塔，看似容易，实际上“麻雀虽小，五脏俱全”。为实现微重力环境，发射装置被包裹在两层六边形钢结构中，内塔钢结构用于连接电机设备，外塔钢结构则是用来控制整体轨道装置的稳定性。与高精尖的国家大科学装置相对应的是2毫米的精度要求，施工难度集中在了钢结构安装环节。一开始，拥有丰富的钢结构项目施工经验的李长龙面对如此之“小”的项目也犯了难。“施工技术与质量标准要求极高，‘零焊接’‘全螺栓’方式，让常规施工方法和工艺难以保证。为了保证整个钢结构体系的分毫不差，所有的现场安装全部采用螺栓与法兰盘栓接形式，仅拇指粗细的高强螺栓就用了1.6万余个。”李长龙介绍，4秒落塔项目钢结构安装过程中，一千多根构件组合成的空间几何体及近千块连接板的平面度、平行度、垂直度、正对距离误差不能超过2毫米，2毫米相当于一枚一元硬币的厚度。为将安装误差控制在2毫米内，项目团队构建了4秒落塔可视化三维模型，对钢结构安装全过程模拟，实现可视化施工，避免与其他专业的冲突与碰撞，有效解决了钢结构安装精度及变形控制这一难点问题。“栓接相比焊接有可调整的空间，人工作业很难保证一次成型，过程中需要不断地调整钢结构位置，才能确保万无一失。”李长龙说，考虑到安装时的紧密性，他们特别制作了0.5毫米和1毫米两种垫片，并在钢结构两端各留出2毫米的空间，确保钢结构之间能够以最小的空隙塞到一起，再用螺栓和垫片对缝隙进行填充。记者了解到，如此高精尖的装置，在安装过程中还采用了最传统的“线坠儿”技术纠偏。整个钢结构安装完成后，在顶部拉出8根0.5毫米的钢丝绳，尾部绑上铅坠，确保自上而下自然垂落，根据结构与钢丝绳的位置进行最后的修正，最终成功地把安装精度控制在2毫米以内。这是继“中国天眼”之后，中建二局安装公司再次助力国家大科学装置成功实现预期目标，该项目的建设经验也将为后续国内千米落井装置的关键技术验证项目提供重要技术支持和施工保障。下一阶段，项目团队将继续与各方密切配合，努力把4秒落塔项目打造成为“中国第一、世界领先”的微重力实验设施，助力国家探索浩瀚宇宙实现新突破。（记者 孙颖 通讯员 王东坡）