Grupa Shanghai Electric Nuclear Power Group oficjalnie zakończyła prace nad maszyną o nazwie CHIEF1900, która uznawana jest za najpotężniejszą wirówkę hipergrawitacyjną w historii ludzkości. Informacje na jej temat mogliście przeczytać w naszym wstępnym artykule. W skrócie? Mowa o sprzęcie generującym przyspieszenia sięgające 1500G dla próbek o masie nawet 20 ton, co pozwala w skali laboratoryjnej odtwarzać obciążenia i procesy, które w naturze zachodziłyby na przestrzeni setek metrów i dziesięcioleci. Urządzenie trafiło na Uniwersytet Zhejiang pod koniec ubiegłego roku i obecnie czeka na ostateczny montaż.
Czym w ogóle jest hipergrawitacja i co ma do niej nauka?
Chociaż w tej tematyce często pojawiają się liczby w rodzaju 100G, 300G czy 1500G, to dla wielu czytelników wciąż będzie to abstrakcja. Warto więc jasno dopowiedzieć, że hipergrawitacja to po prostu stan, w którym na próbkę działa siła ciężkości większa niż ta, którą odczuwamy na powierzchni Ziemi. 1G to mniej więcej 9,8 metra na sekundę kwadrat, co stanowi standardowe przyspieszenie grawitacyjne. Rollercoaster potrafi chwilowo podnieść to odczucie do 2G, a start rakiety do około 5G. W wirówkach takich jak CHIEF mówimy jednak o ponad tysiącu G, czyli o warunkach zupełnie nieosiągalnych w normalnym środowisku.
Czytaj też: Naukowcy szukają prawdy. Czy kropelka wody niszczy hipersoniczną potęgę?
Dzięki tak silnej grawitacji da się zbudować pomost między małym modelem w laboratorium a rzeczywistą konstrukcją w terenie. W bardziej praktycznej wizualizacji można posunąć się do porównania, że jeśli postawimy w kabinie jeden metrowy fragment modelu budynku i poddamy go działaniu pola 100G, to z punktu widzenia sił działających na fundamenty odpowiada on setce metrów wysokości w rzeczywistości. Podobnie można przeskalować stok zbocza, dno morskie czy przekrój przez warstwę geologiczną. Do tego dochodzi efekt przyspieszenia czasu: migracja zanieczyszczeń, która w naturalnych warunkach trwałaby sto lat, w polu 100G zamyka się w kilku dniach eksperymentu.
Swoją drogą, jeśli nie słyszeliście nigdy wcześniej o wirówkach w świecie nauki i kosmicznej eksploracji, a wiedzę lubicie czerpać z opowieści, a nie kart Wikipedii, to polecam zaznajomić się z książką Projekt Hail Marry. Na jej podstawie napisałem zresztą niedawno ciekawy z perspektywy puszczania wodzy fantazji artykuł na temat tego, czy ludzkość może wzmocnić w prosty sposób efekt cieplarniany, kiedy na Ziemi zacznie spadać temperatura.
CHIEF1900 to najpotężniejsza wirówka świata
Nowa konstrukcja wyznacza obecnie szczyt możliwości w badaniach hipergrawitacyjnych. Została zaprojektowana tak, aby przenosić obciążenia odpowiadające działaniu przyspieszeń liczonych w tysiącach G na modele ważące nawet kilkadziesiąt ton. W praktyce oznacza to znaczący skok względem uruchomionej we wrześniu 2025 roku wirówki CHIEF1300, która dysponowała wyraźnie mniejszą rezerwą mocy, choć to właśnie ona jeszcze niedawno odebrała palmę pierwszeństwa amerykańskiej instalacji w Vicksburg w stanie Mississippi, przez lata stanowiącej punkt odniesienia dla tego typu infrastruktury badawczej. Teraz Chiny po raz drugi w krótkim czasie przestawiają poprzeczkę wyżej i pokazują, jak szybko są w stanie rozwijać tę niszową, ale strategicznie ważną dziedzinę.
Działanie takich wirówek można porównać do laboratoryjnej kompresji czasu i przestrzeni. Generując siły wielokrotnie przewyższające ziemską grawitację, pozwalają one w miniaturowej skali odtwarzać zachowanie konstrukcji i warstw geologicznych, które w naturalnych warunkach mierzymy setkami metrów i dziesięcioleciami. Trzymetrowy model ściany zapory, poddany działaniu przyspieszenia rzędu 100G, doświadcza naprężeń odpowiadających obciążeniu pełnowymiarowej, trzystumetrowej konstrukcji. Jeszcze wyraźniej widać to przy kompresji czasu: proces migracji zanieczyszczeń w gruncie, który w naturze trwałby całe stulecie, w laboratorium można prześledzić w ciągu kilku dni eksperymentu.
Czytaj też: Fizycy stworzyli coś, co według matematyki nie powinno istnieć. Termowizory nagle przestały pokazywać prawdę
CHIEF1900 jest w stanie wytworzyć przyspieszenie sięgające 1500G, czyli niemal trzysta razy większe niż przeciążenia odczuwane przez astronautów podczas startu rakiety. Jednocześnie może obracać próbki o masie do 20 ton, co otwiera drogę do badań na skalę niedostępną dla dotychczasowych instalacji, bo zamiast niewielkich modeli można poddawać testom całe fragmenty konstrukcji czy przekroje złożonych układów gruntowych. Chociaż te liczby robią ogromne wrażenie, wciąż pozostaje pytanie, jak szybko ta imponująca infrastruktura zostanie przełożona na konkretne rozwiązania inżynieryjne, normy projektowe czy nowe materiały.
Zastosowania technologii hipergrawitacyjnej
Zastosowania technologii hipergrawitacyjnej są niezwykle szerokie i wykraczają daleko poza czysto akademickie badania. Urządzenia tego typu służą do modelowania katastrof naturalnych, takich jak powodzie czy trzęsienia ziemi, w kontrolowanych warunkach. Inżynierowie mogą testować odporność fundamentów pod wielkimi tamami na wstrząsy sejsmiczne lub oceniać, jak potężne, nawet dwudziestometrowe tsunami, wpłynie na dno morskie w kontekście budowy morskich farm wiatrowych. Technologia przydaje się również w geologii przy poszukiwaniu surowców, w badaniach długoterminowej migracji zanieczyszczeń oraz przy projektowaniu infrastruktury transportowej, bo na przykład torów dla superszybkich kolei.
Pilotażowe testy poprzedniej wersji, CHIEF1300, przyniosły już wymierne efekty. Naukowcom udało się zweryfikować wydajność sejsmiczną fundamentu tamy, odtworzyć ciśnienie panujące na głębokości dwóch kilometrów dla celów oceny bezpieczeństwa wydobycia hydratów metanu, a także stworzyć nowe stopy metali o wyjątkowo niskiej liczbie defektów, charakteryzujące się wysoką wytrzymałością. To pokazuje potencjał, ale także uzmysławia, że droga od eksperymentu do wdrożenia bywa długa.
CHIEF1900 to nie byle laboratoryjny sprzęt
Budowa tak skomplikowanej maszyny wymagała opracowania zupełnie nowych rozwiązań inżynieryjnych. Zespół musiał stworzyć między innymi specjalny system kontroli temperatury, wykorzystujący próżnię oraz mieszankę chłodziwa i wentylacji, aby rozproszyć ogromne ilości ciepła generowane podczas pracy. Cały kompleks CHIEF znajduje się w podziemnym bunkrze, bo 15 metrów pod kampusem Uniwersytetu Zhejiang w Hangzhou. Taka lokalizacja nie jest przypadkowa, bo minimalizuje zakłócające wibracje z powierzchni, zapewniając niezbędną precyzję pomiarów.
Czytaj też: Światło kontrolowane atom po atomie to już rzeczywistość. Naukowcy rozwiązali problem, który blokował rozwój od lat
Inwestycja w tę najnowocześniejszą infrastrukturę badawczą jest znacząca. Cały projekt, zatwierdzony w 2021 roku, otrzymał budżet rzędu 2 miliardów juanów, czyli około 285 milionów dolarów. Co istotne, obiekt ma działać jako otwarte, współdzielone centrum nauki, zachęcając do współpracy badaczy z różnych uczelni, instytutów i firm, a to zarówno z Chin, jak i z zagranicy. Takie podejście może przyspieszyć dokonania w wielu dziedzinach – od inżynierii po naukę o materiałach. Sukces CHIEF1900 będzie jednak mierzony nie kolejnymi gigantycznymi liczbami, ale realnymi, przełomowymi odkryciami, które wyjdą z tego podziemnego laboratorium i znajdą zastosowanie w rozwiązaniu rzeczywistych problemów świata.