China schaltet eine Hypergravitationsmaschine ein, um Zeit und Raum zu komprimieren

In Hangzhou, Provinz Zhejiang, China, wird die leistungsstärkste Hypergravitationszentrifuge der Welt gebaut: CHIEF. Seit 2020 versucht man dort, natürliche Prozesse, die normalerweise Tausende von Jahren dauern würden, im Labor nachzubilden – und nein, das ist keine Science-Fiction, sondern Präzisionstechnik im Dienste der Spitzenforschung.

Die Investition beläuft sich auf über zwei Milliarden Yuan (etwa 276 Millionen Dollar) und ist Teil einer nationalen Strategie zur Stärkung der wissenschaftlichen Infrastruktur. Es handelt sich nicht um ein einfaches Experiment, sondern um ein Werkzeug, mit dem Materialien, Strukturen und Modelle in einem Umfang und mit einer Geschwindigkeit getestet werden können, die in Einrichtungen dieser Art bisher nicht erreicht wurden.

Das Design umfasst zwei Versionen: eine Schwerlastkonfiguration, die bis zu 32 Tonnen bei 300–500 g bewegen kann, und eine Hochgeschwindigkeitskonfiguration, die 1.500 g erreicht. In beiden Fällen werden Kräfte erzeugt, die die Erdanziehungskraft um ein Vielfaches übersteigen – etwas, das ein Mensch nicht aushalten könnte.

Die Idee, Hypergravitation mit Zentrifugen zu simulieren, gibt es bereits seit dem späten 19. Jahrhundert, aber noch nie wurde sie so weit vorangetrieben, indem rohe Kraft, Belastbarkeit und präzise Steuerung kombiniert wurden, was eine beschleunigte Untersuchung geotechnischer, geologischer und materialtechnischer Phänomene ermöglicht, ohne die Genauigkeit von Modellen in Originalgröße zu beeinträchtigen.

Mit diesem Simulator – und seinem Potenzial, Probleme der Seismik und Unterwassertechnik zu lösen, Entdeckungen in der Materialphysik voranzutreiben und dabei Prozesse, die in der Natur Jahrhunderte dauern, auf wenige Tage zu „komprimieren“ – baut China nicht nur seine wissenschaftlichen Fähigkeiten aus, sondern positioniert sich auch als Maßstab in der Extremforschungstechnologie.

Extreme Technik und Hypergravitation

Das Herzstück von CHIEF ist eine versiegelte Kammer, in der ein rotierender Arm Materialien auf so hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, dass sie eine künstliche Schwerkraft erzeugen, die tausendmal größer ist als die der Erde, sodass maßstabsgetreue Modelle unter Langzeitbedingungen wie echte Strukturen reagieren.

Aber Dinge mit dieser Geschwindigkeit zu bewegen, ist nicht einfach. Extreme Beschleunigungen lassen die Luft wie eine unsichtbare Wand wirken, wodurch der Luftwiderstand und die Hitzeentwicklung zunehmen. Jüngste Studien zeigen, dass die durch Reibung verlorene Energie Megavolt-Werte erreichen kann, was die Stabilität und Präzision von Experimenten beeinträchtigt, wenn sie nicht richtig kontrolliert wird.

Um dieses Problem zu lösen, haben Ingenieure das Design mithilfe von Simulationen und Maßstabsversuchen optimiert und festgestellt, dass eine Verringerung der Wandhöhe die Wirbelbildung minimiert, eine Änderung der Armform zu Scheiben den Luftwiderstand um bis zu 73 % reduziert und der Betrieb unter Teilvakuum die innere Reibung der Luft verringert.

Sie haben auch den Luftstrom innerhalb der Kammer detailliert untersucht und dabei Geschwindigkeiten, Turbulenzen und Druckunterschiede gemessen. Mit diesen Daten können sie gefährliche Resonanzen verhindern, die Kühlung verbessern und sicherstellen, dass jedes Experiment in einer stabilen und sicheren Umgebung durchgeführt wird – selbst unter extremen Bedingungen.

Intelligente Sensorik und Steuerung

Bei diesen Geschwindigkeiten kann jede noch so geringe Unwucht unausgeglichene Kräfte erzeugen, die die Maschine beschädigen oder die Ergebnisse verfälschen. Aus diesem Grund verfügt der Beschleuniger über KI-basierte Erkennungssysteme, die Unwuchten in Echtzeit erkennen und korrigieren, ohne den Betrieb zu unterbrechen.

Dieses System kombiniert tiefe neuronale Netze mit Merkmalen, die von Vibrations- und Zustandsensoren erfasst werden. Dank seiner Architektur kann es Muster erkennen, die mit anomalen Kräften in Verbindung stehen, und virtuelle Gegengewichte anpassen, wodurch die Stabilität verbessert und die Lebensdauer wichtiger Komponenten verlängert wird.

In Tests mit kleineren Zentrifugen, wie beispielsweise der ZJU-400, reduzierte diese Methode Fehler bei der Unwuchterkennung um bis zu 85 % im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, was zu einer höheren Versuchssicherheit und einem geringeren Risiko kostspieliger Unterbrechungen während kritischer Versuche führte.

Durch die Integration dieser Algorithmen wird der Beschleuniger zu mehr als einer Brute-Force-Maschine – er wird zu einem intelligenten Labor, das sich an veränderte Bedingungen anpassen kann und selbst unter den anspruchsvollsten Betriebsbedingungen in der experimentellen Technik seine Präzision beibehält.

Applications and Future Scope

Die Möglichkeiten sind vielfältig. Beispielsweise kann es in der Geotechnik innerhalb weniger Wochen simulieren, wie sich ein Damm verformen würde oder wie sich der Boden unter Versickerung über Jahrzehnte hinweg entwickeln würde. In der Erdbebentechnik kann es innerhalb weniger Stunden die kumulativen Auswirkungen von Hunderten kleiner Erdbeben reproduzieren.

In der Materialwissenschaft kann Hypergravitation die Phasentrennung in Legierungen beschleunigen und so interne Strukturen aufdecken, die für die Herstellung neuer Verbundwerkstoffe nützlich sind. In der Unterwasserforschung könnte sie dazu beitragen, die Gewinnung von Erdgashydraten zu untersuchen, einer Energiequelle mit großem Zukunftspotenzial.

Es kann auch geologische Prozesse wie Gebirgsbildung, Landabsenkungen oder Schadstoffmigration nachbilden. All dies ohne jahrzehntelanges Warten oder den Bau von Prototypen in Originalgröße, wodurch Forschungskosten und Zeitpläne drastisch reduziert werden.

Obwohl einige Schlagzeilen von einer „Komprimierung von Zeit und Raum“ sprechen, ist die Realität weniger fantastisch, dafür aber umso beeindruckender: CHIEF verändert zwar nicht die grundlegenden physikalischen Gesetze, komprimiert jedoch den Zeitrahmen für Experimente und bietet der Wissenschaft damit einen beispiellosen Beschleuniger der natürlichen Zeit.