原標題：穩(wěn)定勝“磐石” 精準超“發(fā)絲”
——我國最高水平精密離心機研制成功
本報記者 盛 利
我們常說穩(wěn)若磐石，可它比磐石還穩(wěn)10倍；我們常說精細如發(fā)絲，可它轉(zhuǎn)動時的半徑偏差僅是發(fā)絲的1/80。而即便條件如此苛刻，它還是一位超級“鏈球手”：能夠讓10公斤的物體，通過每圈時間差僅為1納秒的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，達到100倍的重力加速度。
這就是國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項——高精度慣性儀表校準檢測裝置——達到最高載荷10kg、相對標準不確定度10—6、穩(wěn)態(tài)線加速度100g等領(lǐng)先指標的我國最高水平精密離心機。近日，科技日報記者走進中國工程物理研究院總體工程研究所，探訪這套“大G值”“高精度”重大科學(xué)儀器。
精密離心機是高精度慣性導(dǎo)航儀表的關(guān)鍵檢測校準設(shè)備。高精度慣性導(dǎo)航作為以陀螺和加速度計為敏感器件的導(dǎo)航參數(shù)解算系統(tǒng)，能根據(jù)慣性器件輸出解算其在導(dǎo)航坐標系中的速度和位置，在航空航天、國防科技、測繪導(dǎo)航等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
2011年，作為首批國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項之一，中國工程物理研究院總體工程所啟動了“高精度慣性儀表校準檢測裝置研制及應(yīng)用”項目。這是一次真正意義上“從零起步”的自主創(chuàng)新——此前，擁有同級別該設(shè)備的世界發(fā)達國家，就連它的測量模型、技術(shù)路線數(shù)值模擬方法、基本算法都“秘而不宣”，更別說設(shè)計制造、安裝工藝。
高精度慣性儀表校準、檢測用精密離心機研制集系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、控制技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、制造技術(shù)、測量技術(shù)、分析技術(shù)、試驗技術(shù)于一體，是綜合性要求較高的系統(tǒng)工程，完成的每項工作都承載了中物院總體所科研團隊無數(shù)日夜的辛勤付出。研發(fā)中，單就相對標準不確定度評定這一個技術(shù)點，該團隊都是先從基礎(chǔ)理論分析著手，對影響該指標的20多個影響因素進行了系統(tǒng)的研究分析，完成了包括設(shè)備自身的制造、安裝、測量誤差補償計算，地球引力、地脈動，空氣溫度、濕度，甚至月球引力、天體運行等影響參數(shù)相互關(guān)系，開展了繁雜的定量分析計算，并利用一臺正在研制的精密離心機系統(tǒng)開展了大量的測試與驗證，最終才建立了科學(xué)合理的指標評定數(shù)學(xué)模型。
“無人行走地面的穩(wěn)定性大約在10—5左右，而高精度離心機則要求穩(wěn)定性是地面的10倍即10-6，如此精密的要求，其背后的研制難度可想而知?！表椖控撠?zé)人、中物院總體所黨委書記黎啟勝研究員告訴記者，在設(shè)備的設(shè)計、研制、安裝、測試中，中物院總體所攻關(guān)團隊先后在設(shè)計、工藝、材料、裝配等領(lǐng)域填補多項空白，其中雙向大承載力高精度空氣軸承、精密電機、精密測量系統(tǒng)、微震動隔震系統(tǒng)等核心部件均由科研人員自主設(shè)計完成，先后申請專利達25項，推動國內(nèi)加工制造、新材料等領(lǐng)域多項技術(shù)進步。
目前，該離心機已達到最高載荷10公斤、相對標準不確定度10-6、穩(wěn)態(tài)線加速度100g等領(lǐng)先指標。它的研制成功也填補了我國1g—100g量程范圍內(nèi)，加速度相對不確定度達到10-6量級的精密離心機空白。
記者在設(shè)備現(xiàn)場看到，這套總重2.4噸、轉(zhuǎn)盤直徑約2.2米的重大儀器，被安裝在一個重達2000噸的水泥平臺上，通過彈簧從橫向和縱向兩個方向進行支撐。工作中，它能夠以300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速，將最大載荷10公斤的物體，通過旋轉(zhuǎn)達到100倍的重力加速度。在轉(zhuǎn)速精準控制方面，它每圈旋轉(zhuǎn)的時間差僅為1納秒；在動態(tài)半徑變化控制方面，由離心力等產(chǎn)生的轉(zhuǎn)軸偏差，僅控制在頭發(fā)絲的1/80。
該所所長邱勇研究員表示，作為典型的軍民融合項目，精密離心機的研制成功將填補我國大量程高精度慣性導(dǎo)航儀表設(shè)備檢測校準的科學(xué)儀器領(lǐng)域空白，推動我國大地測量、石油鉆探，及航空、航天、精確制導(dǎo)等國防重大領(lǐng)域的科技進步，并使總體所在土木工程、軍工環(huán)境模擬、快加速、多自由度過載模擬、載人、精密檢測等離心機領(lǐng)域躋身國際先進水平。
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