亚洲最高的“太空模拟器”，北京落塔工作原理是什么？有哪些标志性成果？

我是中国科学院力学研究所工程师陈来夫。在北京海淀区中关村，竖立着一座外形奇特、直指苍穹的圆柱形建筑。这可不是什么神秘的通讯基站或观光塔，而是科学家们的“太空模拟器”——北京落塔。

图：“北京落塔”坐落于北京海淀区中关村。

在这里，实验舱每天都会经历数次“自由落体”运动，在地面上也能模拟出太空中的微重力环境。北京落塔就是我日常工作所依赖的大科学装置，很高兴来回答一下这个问题。

北京落塔作为我国核心地面微重力实验设施，于1996年奠基，1999年塔体基建完成，并启动内部实验系统的建设与调试，2003年通过总装备部验收，开始科学实验研究及服务。

图：落塔的外观和内部结构。

北京落塔自投用以来，一直由中国科学院力学研究所运营管理，是我国开展微重力科学研究、航天关键技术地面验证的重要支撑平台。目前它是亚洲最高、世界第三大地基微重力实验设施，是我国微重力科学与应用领域发展水平的重要标志。该设施总高度124米，其中地上部分116米，地下部分8米。

默默服务于中国航天事业

近年来，中国航天事业不断突破，一次次叩问苍穹，空间站建设稳步推进，月球探测、火星探测计划逐步落地实施，人类探索宇宙的脚步正不断向深空延伸。而这一切探索的背后，离不开一项关键技术的支撑—微重力科学研究。

在太空中，物体处于微重力环境，这种特殊环境会让物质的物理、化学和生物特性发生与地面截然不同的变化，而这些变化正是航天工程、生命科学、材料科学等领域突破的关键。随着我国航天事业的迅猛发展，对微重力科学及相关应用研究的需求日益迫切，急需一座地面大型实验设施，来模拟太空中的微重力环境。

为满足这一重要需求，中国科学院力学研究所设计建造了我国第一座地面短时微重力大型实验设施——北京百米落塔。北京落塔的建成，填补了我国在地面大型微重力实验设施领域的空白，为我国航天事业的持续发展筑牢了地面实验的坚实基础。

北京落塔的工作原理是什么？

北京落塔的基本原理是基于自由落体运动，自由下落的物体处于失重状态，从底层原理上看，这与太空中空间站上的失重状态并无本质差别，只是持续时间长短的问题。很多游乐园中有那种“跳楼机”，游客可坐在上面体验失重的感觉，也是基于同样的基本原理。从这点上看，北京落塔也是“跳楼机”，是一种结构要精密得多的“跳楼机”。

北京落塔主要由提升及电磁释放系统、回收系统、中控系统、实验舱组件、测量及辅助设施等部分构成。其核心原理是通过实验舱的自由落体运动产生微重力环境，可稳定获得3.6秒的微重力时间。实验舱分为单舱和双舱两种设计类型：单舱下落过程中由于受空气阻力影响，可产生10^-2g~10^-3g的微重力；双舱采用内外嵌套结构，内舱放置实验装置，外舱为其提供稳定的外部环境，有效消除空气阻力干扰，微重力水平可达到10^-6g量级，满足更高精度的实验需求。

图：落舱外形

投运二十余载，硕果累累

北京落塔主要聚焦微重力流体物理、微重力燃烧、空间基础物理、空间技术验证、空间材料科学、空间生物技术及科普教育等多个领域，开展了大量地基微重力实验研究，成果丰硕，为我国微重力科学发展提供了有力支撑。截至2026年，落塔团队已累计完成1000余次微重力实验/试验，涵盖100多项实验项目，依托落塔实验发表的学术论文达300余篇。

在国家重大项目支撑方面，北京落塔发挥了关键作用：实践十号返回式卫星任务中，19个科学载荷多数在落塔完成预研实验及关键技术试验；天宫二号空间实验任务的液桥热毛细对流实验、太极一号微重力技术实验卫星的加速度验证试验、22号返回式卫星的池沸腾、气泡迁移及细胞培养实验、天舟一号货运飞船的冷凝蒸发实验，均在落塔开展预研；此外，空间站梦天实验舱流体物理实验柜、两相系统实验柜，以及天问二号小行星探测任务等，都是通过落塔完成预研实验，保障了各项空间任务的顺利实施与圆满成功。极大地推动了我国空间科学和空间技术的发展。

图：实践十号（左）；天宫二号（右）

图：太极一号（左）； 图：天舟一号（右）

图：中国空间站流体物理实验柜和两相系统实验柜

北京落塔与时俱进，技术不断创新

近年来，为满足不同领域的实验需求，北京落塔团队持续推进技术创新，重点开展双舱系统与分数重力系统升级工作。其中，双舱系统引入无拖曳控制技术，可对下落过程中的气动阻力进行实时补偿，有望将微重力水平提升至10-8g量级，达到世界领先水平，为我国基础物理、空间探测等领域的微重力前沿研究提供更坚实的设施保障；分数重力系统则采用磁粉恒定阻尼技术，可实现0.1g～0.4g范围的低重力环境（涵盖月球重力、火星重力），精准匹配我国月球、火星等深空探测任务对地基模拟试验的迫切需求。

文章转载自"腾讯太空"公众号