攻克重力梯度仪：用生命叩开地球之门

戍天九思原创第792期

9月29日，国家勋章和国家荣誉称号颁授仪式，在人民大会堂隆重举行，地球物理学家、战略科学家黄大年被追授“人民教育家”国家荣誉称号！

此前，笔者对黄大年贡献的认识是肤浅的，最近了解到航空重力梯度仪的战略价值，才真正知道黄大年的分量和贡献——以身许国，用生命叩开地球之门。

功成名就后毅然回国只因祖国在召唤

2009年，在英国打拼18年的黄大年，已经是航空地球物理研究领域享誉世界的著名科学家，在剑桥麾下ARKEX公司担任高级研究员和研发部主任，领导一支由牛津、剑桥毕业生甚至是诺贝尔奖提名科学家组成的300人“高配”团队。他坐拥“首席”高薪和股份待遇，在伦敦有自己的高档花园别墅，妻子经营着两家生意正红火的中医诊所，女儿也上了大学。

然而，2009年4月，一封来自母校吉林大学的信，让黄大年突然做出了令整个团队“惊骇”的决定：“我决定回中国。”因为，祖国在召唤他。他毅然放弃国外的一切，用最短时间辞职、卖掉房子和妻子的诊所、办好回国手续，忍痛将女儿一个人留在英国。

从踏上祖国土地的那一刻起，黄大年作为中国地球物理科学首席科学家，组织全国400多位科学家，力推“高精度航空重力测量技术”和“深部探测关键仪器装备研制与实验”两个重大项目攻关研究，总投入5亿多元。那么，这两项技术到底有什么用？

前者，就像在飞机、舰船、卫星等移动平台上安装“千里眼”，看穿地下深埋的矿藏和潜伏的目标。后者，就像能给地球做CT和核磁的“透视眼”，让地下2公里甚至更远都变成“透明的”。两者的核心技术都是重力梯度仪。

重力梯度仪——巡天、探地、潜海的国之重器

众所周知，地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下1万米，目前世界先进水平勘探开采深度已达2500米至4000米，而我国大多小于500米。随着社会的快速发展，处于容易开采的浅层资源面临枯竭的危险，向深地、深海、深空进军将是未来科技发展的战略方向。而重力梯度仪是探测深地、深海和深空资源的国之重器，也是我国向深地、深海和深空进军必须解决的战略科技难题。

重力梯度仪工作原理，主要基于测量地球重力场在空间上的变化率——重力梯度。其核心技术是利用差分加速度计的原理，通过测量不同位置上的重力加速度差异来推导出重力场的梯度。具体来说，重力梯度仪可以探测到由于地下物质密度差异引起的重力变化，进而反映出地下结构的信息。而航空重力梯度仪，又是重力梯度仪中灵敏度最高、研发难度最大的。

早在20世纪70年代初，美国人就不惜耗资十几亿美元研究航空重力梯度仪。至20世纪90年代，英美等发达国家已正式开始应用此技术进行军事防御和地下资源勘探，并且对航空重力梯度技术进行严密封锁。

可以说，航空重力梯度仪是强国标配，反映了一个国家的科研水平和综合国力。它作为军民两用技术，不仅可以进行地质勘探和深地、深海资源勘探，而且用途越来越广。除此之外，还有四大战略用途：

地震预报新手段。地震波在传播时会改变地下物质的密度，从而改变重力场，这种变化可以被重力梯度仪捕捉。因此，重力梯度仪为地震预警提供新的手段。日本东京大学的研究人员开发的新型重力仪TOBA，旨在利用重力信号提前发出地震预警。

地下工事探测。由于特定的空间有特定的重力场，重力梯度仪能够探测到这些变化，从而帮助识别潜在的军事目标。比如，它可用于探测敌方地下防御工事、武器库、地下通道和隐蔽设施等。这次以色列轰炸黎巴嫩真主党总部很可能事先就用航空重力梯度仪进行了精确探测和定位。

反潜新利器。虽然磁异探测器是反潜机的主要探测手段，而且在近距离精确定位上表现出色，但是，其探测距离有限且受环境影响较大。而航空重力梯度仪则在抗干扰能力和探测深度上更具优势，尤其适合进行大范围快速探测。美国P-8反潜机就加装了航空重力梯度仪，用于提高反潜作战效率。

精准惯性导航。重力梯度仪可以实时测量重力扰动分量和垂线偏差，以减小惯性导航系统的误差。这对于提高潜艇、飞机等导航精度具有重要意义。特别是在战时北斗导航系统被摧毁或北斗信号被干扰的情况下，靠它仍能保持精准导航。

5年完成西方国家20多年走过的路

常年在国外的黄大年太清楚，航空重力梯度研究这种被发达国家严格封锁的技术，是花多少钱也买不来的！为了祖国科技实现“弯道超车”，黄大年回国后就豁出去了！

一位好友打电话多次，黄大年都用短信回复：“在忙，稍后联系你。”10多天后的后半夜终于接通电话，黄大年抢先说：“我真的很抱歉，这段时间我有个研究内容很关键，我吃饭都在以秒来计算。”

在没日没夜的攻关下，黄大年带领数百位科学家交出了一份亮眼的成绩单：

回国第三年，中国首台万米大陆科学钻探工程样机“地壳一号”横空出世，使中国成为世界第三个掌握万米钻探技术的国家。

回国第五年，无缆自定位地震勘探系统工程样机研制突破关键技术，为开展大面积地震勘探提供技术支持。

回国第六年，航空重力梯度仪原理样机研制成功，固定翼无人机航磁探测系统样机研发完成，在深地探测中取得了一系列重大发现。

回国7年，黄大年带领团队创造了多项“中国第一”，航空重力梯度仪的研究仅用5年时间就完成了西方国家20多年走过的路程，科研进度震惊了世界。

2016年11月29日凌晨，北京到成都的飞机上，黄大年突然满脸是汗，浑身抽搐，晕厥前，他叫来空姐说：“我要是不行了，请把我的电脑交给国家，里面的研究资料很重要！”说完这句话之后一个多月，他就永远离开了这个世界，年仅58岁。

2022年，重力梯度仪研制项目顺利通过国家评审，标志我国成为独立掌握航空重力梯度仪核心技术的国家。吉林大学专门设立“黄大年试验班”，还有黄大年生前培养的18名博士、26名硕士、400余名学科交叉团队成员，共同为我国实施地球探测计划凝智聚力。

由于航空重力梯度仪的重大突破，我国深地深海勘探技术突飞猛进，军事领域应用潜力更大。

☆2021年6月投产的中国海油的“深海一号”大气田最大水深超过1500米，最大井深达4000米以上，是我国迄今自主发现的水深最深、勘探开发难度最大的海上超深水气田。

☆2024年3月4日，我国首口设计井深超万米的科学探索井——深地塔科1井钻探深度突破1万米，成为世界陆上第二口、亚洲第一口垂直深度超万米井，标志着我国自主攻克了万米级特深井钻探技术瓶颈，深地油气钻探能力及配套技术跻身国际先进水平。