爱因斯坦电梯

地球测试平台承诺零重力研究。

笔者（USB）最近与德国汉诺威莱布尼茨大学交通与自动化技术研究所的 Ludger Overmeyer 教授（LO）和 Christoph Lotz 工程师（CL）就汉诺威理工学院（HITec）的大型研究单元“爱因斯坦电梯”进行了交谈。

USB：我们的读者很想知道如此壮观的设施背后的人是谁。

LO： 我是一名机械工程师，在汉诺威大学工作了 20 年。 我还是汉诺威激光中心科学委员会主席。

CL： 我于 2011 年作为研究助理加入该研究所，目前正在攻读博士学位。 作为项目经理，我监督爱因斯坦电梯从最初的想法草案到安装到第一次实验。

USB：研究所的主要主题是什么？

LO： 在这里，我们致力于经典的输送机技术：通常是带式输送机，但也包括生产技术。 在光学技术卓越集群中，我们从根本上关注光学系统，例如使用光的自动化。 对于电梯公司来说，我们的爱因斯坦电梯无疑是一个有趣的设施。 例如，我们正在研究传感器技术，即在电梯运行时实时记录和处理数据的系统，以在极端条件下控制和调节驱动器：比客运更快、加速度更高。 与抛物线飞行或国际空间站相比，我们可以相对便宜地复制具有统计相关性的零重力实验。

USB：“爱因斯坦电梯”这个名字背后到底有什么含义？

LO： 这个想法在十多年前是全新的，现在依然如此。它源于与物理学领域同事的一次讨论，讨论的开端是一个问题：“是否有可能在地球上建造一台能够高频率重复产生零重力的机器？”为了回答这个问题，我们开发了自由落体塔的概念，它与德国不来梅落体塔等传统落体塔截然不同，并与当地公司合作实施。

爱因斯坦电梯——世界上首个，也是迄今为止唯一一个此类装置——自2019年10月起在2018年专门为此建造的建筑内投入运行。我们目前正在利用激光处理月壤，初步结果令人鼓舞。我们正与合作研究机构同步筹备其他项目。目前，我们尚无工业合作伙伴。

USB：开发基于电梯导轨的新驱动和导轨概念的想法从何而来？

LO： 显而易见，我们使用线性电机来克服舱体的空气动力阻力。为了降低滚动阻力，我们采用了自主设计的滚轮导轨。这并非一项新技术，但却是一种新的应用。其设计与电梯类似：两侧压紧的滚轮引导轿厢（我们称之为“吊舱”）在金属轨道上运行。但是，我们使用的材料与电梯不同。电梯使用软滚轮以实现静音运行。由于我们的加速度是重力的五倍，因此我们需要刚性滚轮，以便牢固压紧，避免因打滑而造成过度磨损，同时降低电梯静止时滚轮被压扁的风险。这些滚轮采用的是机床行业的常用材料。

USB：那么导轨呢？

CL： 这些轨道也并非“现成的”。它们是专为特定用途定制的，来自机械工程行业。它们由一家中型机械工程公司组装，并分包给其他工种的承包商，在整个40米高的系统范围内实现了0.1毫米的精度对准。我们还自行研发了测量系统，因为市面上没有任何系统能够满足所需的规格。

USB：您向电梯制造商询问过吗？

LO： 是的，我们咨询过一些公司。他们总是反问：“你们计划建造多少套设备？” 回答“一套”总是遭到拒绝。这让我们非常失望。起初，我们大学的同事也怀疑这个项目是否可行。我们最终是通过私人关系找到这家机械工程公司的。显然，他们做得很好，因为所有设备至今仍保持着原有的状态，运行精准。虽然大楼里装有空调，但这反而让我们感到惊喜。我们原本担心，在运行100架次之后，可能会出现一些问题。

USB：爱因斯坦电梯和电梯有什么共同点？

LO： 我已经提到过驱动器； 在游乐园的游乐设施中，电机通常以相同的配置安装。 最具挑战性的部分是我们的汽车。 出于重量原因，我们最初要求吊舱采用铝制，但我们只收到拒绝，甚至来自航天工业的拒绝。 最后，我们选择了来自荷兰的轻便稳定的CFK。

USB：数字化发挥什么作用？

CL： 驱动技术必须在亚毫米范围内极其精确地控制。 我们结合加速度计和位置测量对车辆进行测量，并将数据传输到驱动器。 与驱动器制造商的联合开发花费了大量时间。 在随后的测试评估中，我们必须查明扰动是否总是发生在同一个地方，或者是否是由于磨损加剧引起的。 这些读数在控制室中进行监控和存储，系统也从那里进行操作。

USB：那么自动化呢？

LO： 这使得测试程序中的手动过程尽可能少。 每次飞行结束后，吊舱内的实验都会重新定位，并根据需要自动再生真空。 另一方面，能量存储系统完全自动运行。 通过这种方式，我们实现了更快的工作流程，并且可以每 4 分钟运行一次新实验，每天最多运行 300 次。

USB：你最大的梦想是什么？

LO： 我正在寻找“能否凭空创造物质？”这个问题的答案。如今我们已经知道，这在理论上是可行的。但仍然存在一些“小”问题，例如“实际生产是如何进行的？”或者“如何将物质转化为所需的形状？”我们不会在这里——汉诺威——开发太空电梯，但我们可以借助超级电容器和线性电机实现4秒的零重力状态。我们也乐于解答电梯行业中一些“实际”的问题，以推动其技术进步。欢迎所有有时间、有意愿或有需要的人前来咨询。 联系我们.