把太空中的重力环境“搬”到地球

本报记者 李君强

电磁弹射微重力实验装置。 中国科学院空间应用工程与技术中心供图

近日，由中国科学院空间应用工程与技术中心研制建设的亚洲首个电磁弹射微重力实验装置启动新一轮科学实验，为揭秘微重力环境下部分科学现象提供新的路径。

所谓微重力，是指一个物体所处环境中有效重力远小于地球表面重力，处于近乎失重的状态。“微重力条件下的很多现象，都和在常规重力下的情况不一样。比如，微重力条件下我们可以明显看到火焰的模样呈环状，顶部外围是一圈淡蓝色。”中国科学院空间应用工程与技术中心高级工程师王喆介绍，电磁弹射微重力实验装置就是通过电磁弹射的方式，在地面上模拟微重力环境，为不同学科的微重力实验提供平台。

“电磁弹射装置的工作过程，像一个特别刺激的‘跳楼机’，能将实验舱以高速弹射出去。”王喆说，“在这一过程中，实验载荷会经历一个短暂的微重力环境，为科研人员提供实验窗口。”

搭载电磁弹射微重力实验装置的塔楼，外塔高度约44米，塔内钢体高约40米，钢体内三角结构的导轨往上延伸，两列红色直线电机清晰可见，中间正是装载实验载荷的实验舱。“装置内直线电机提供电磁驱动力，将实验舱垂直弹射出去，在自由上升和降落过程中各有2秒的微重力时间，有效微重力时间可以达到4秒。此外，该装置也可模拟月球、火星等低重力环境。”王喆说，就这样，太空中的重力环境被“搬”到地球。

“这一过程全程可控，在实验舱降落的时候，我们会把实验载荷的过载压下来，确保实验载荷完好无损。”王喆播放了一段近期开展的生物科学微重力实验视频，只见实验舱内6只注射了药物的小白鼠，在2小时内进行了22次微重力实验后仍然活蹦乱跳。

与传统微重力实验装置相比，电磁弹射微重力实验装置在微/低重力环境模拟精度、实验效率、实验载荷强度要求、实验成本等方面具有较大优势。王喆举例说：“传统的落塔装置一天只能进行两三次实验，但电磁弹射微重力实验装置在10分钟内就能启动第二次实验。”

高水平的微重力环境，对装置的精度要求极高。装置建设过程中，科研团队围绕两列电机同步控制等难点攻关。“如果两列电机不同步，实验过程中实验载荷就会处于波动状态，微重力水平会大大降低。”王喆说。

电磁弹射微重力实验装置自2023年7月启动试运行以来，至今已完成流体物理、燃烧科学等6类300余次微/低重力实验。

“目前，我们已对接并计划开展1000余次微重力、月球重力和火星重力实验，为重要科研项目提供实验服务，为载人航天、深空探测等重大工程提供技术支撑。”王喆对装置的未来应用充满信心。