Горизонти техніки (випуск VII).
Створено найпотужнішу у світі центрифугу. На ній будуть помітні ефекти уповільнення часу та викривлення простору
Вчені китайського Чжецзянського університету завершили будівництво унікальної центрифуги Centrifugal Hypergravity and Interdisciplinary Experiment Facility (CHIEF), яка, як стверджують розробники, є найпотужнішою у світі. Про це повідомляє видання South China Morning Post (SCMP).
Проект CHIEF стартував у 2020 р., і його фінальна мета – створення трьох центрифуг з 18 експериментальними блоками для досліджень у геології, матеріалознавстві, будівництві та фундаментальній науці.
Очікується, що установка зможе створювати прискорення до 500 g, що на 50% перевищує можливості американської центрифуги, розміщеної в центрі Інженерного корпусу Армії США, де максимальне прискорення
складає 350 g. Для порівняння, у поверхні Землі тіла зазнають прискорення 1 g.
У безпосередньому зв'язку з числом обертів центрифуги знаходиться величина центробіжного прискорення, позначена також числом g. Це важливий параметр для визначення розподілу потужності поділу в процесі центрофугування. Чим вища швидкість обертання чи кількість обертів, тим, як правило, кращий результат поділу. CHIEF підтримує відцентрову потужність в 1,9 тис. g-t (прискорення сили тяжіння, помножене на тонни) при максимальному завантаженні до 32 тонн.
У серці комплексу CHIEF знаходиться гігантський пристрій, що обертається, і нагадує велетенську руку.
При великій швидкості обертанні механізм створює відцентрову силу, що багаторазово перевищує природну гравітацію Землі. Вчені
називають такий стан гіпергравітацією. До складу CHIEF входять три центрифуги, перша з яких вже запущена, а ще дві інші машини разом із десятьма бортовими модулями перебувають у процесі виготовлення.
Унікальне обладнання розміщено в шести експериментальних камерах, кожна з яких призначена для досліджень у певній галузі.
За словами китайських інженерів, установка CHIEF дозволяє спостерігати процеси, які б у природі зайняли десятки тисяч років.
Наприклад, переміщення забруднюючих речовин у грунті або вплив багаторічного навантаження на греблі можна змоделювати всього за кілька годин.
Уявіть собі карнавальні атракціони, де ви стаєте на стінку великої тарілки, та вона починає обертатися так швидко, що ви прилипаєте до стіни. Це та сама основна ідея – відцентрова сила. Тільки тут замість гігантської тарілки – дві гігантські руки, що обертаються, та на кожному кінці – контейнери. У ці контейнери можна поміщати предмети та дивитися, як вони реагують на збільшену силу тяжкості.
Також центрифуга CHIEF дозволить відтворювати багаторазово збільшені гравітаційні навантаження для тестування моделей інженерних рішень, включаючи механізми та будівельні конструкції. Це сприятиме запобіганню помилок та аварій при реалізації складних проектів, таких як дамби та тунелі.
У фундаментальній фізиці встановлення CHIEF відкриє нові горизонти: за рахунок високої гравітації вчені зможуть вивчати ефекти викривлення простору та уповільнення часу. Передбачається, що ефект уповільнення часу буде помітний при використання атомного годинника.
Американська центрифуга В Інженерному корпусі армії США, де розташований Науково-дослідний комплекс центрифуг (CRC), є велика центрифуга. Відцентрова потужність 1,2 тис.g-t, радіусом 6,5 м, з регульованою противагою, аеродинамічним обтічником і 100 кг автоматичною противагою для точного налаштування та зміни корисного навантаження під час роботи. На момент введення в експлуатацію в 1995 р., початкові розробники мали бачення розширити використання методів фізичного моделювання за межами геотехнічної інженерії, що відповідало різноманітними завданнями Експериментальної станції водних шляхів (WES).
У 1998 р. всі лабораторії USACE в Міссісіпі, Іллінойсі, Нью-Гемпширі та Вірджинії були об'єднані в Інженерний дослідницький та Центр інженерних досліджень та розробок (ERDC), організацію, яка могла б використовувати центрифугу для вирішення унікальних завдань, які відповідали цілям семи лабораторій. В даний час ERDC працює над п'ятьма основними напрямками досліджень та розробок, які включають військове будівництво, цивільні роботи, інженерні стійкі системи, споруди та операційне середовище та геопросторове проектування.
У 2017 р. після виходу з ладу блоків керування двигуном та виходу на пенсію наявного персоналу, центрифуга простояла 32 місяці, перш ніж керівництво ERDC реінвестувало кошти на повноцінну роботу CRC. Обсяг і масштаб запланованої реконструкції відповідав початковому задуму, оскільки центрифуга та супутні об'єкти не зміняться. Така комплексна реконструкція – рідкість, адже зазвичай нова центрифуга створюється раз на два десятиліття, а модернізація установки здійснюється лише за необхідності.
Тенденції до фізичного моделювання великих прототипів і складніших явищ розсувають межі можливостей.
Адже спочатку інтерес до дослідних застосувань центрифуг зумовив прагнення розробки більших корисних навантажень та більших прискорень (від 10 до 350 g).
Понад десять років пішло на планування та будівництво CRC. Остання реконструкція тривала 2,5 роки і розпочалася у 2019 р.
Розширення можливостей фізичного моделювання центрифуг за останні 30 років призвело до необхідності суттєвого оновлення та модернізації пристроїв.
