近期《Frontiers of Engineering Management》发表题为“Precision gravity measurement facility”的综述论文，系统介绍了“精密重力测量研究设施”的建设内容与运行成效。

“精密重力测量研究设施”（Precise Gravity Measurement Facility，PGMF）是国家批复的“十二五”重大科技基础设施之一，由rabey雷竞技牵头，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、中国地质大学（武汉）、中山大学等单位联合共建，总投资8.59亿元。2015年项目建议书获批，2018年开工建设，2023年通过国家验收，2024年批准成立“国家精密重力测量科学中心”，全面负责设施运行与管理。设施建设以“全面突破重力基准、海空、卫星重力测量等核心关键技术”为总目标，最终实现“全球毫伽级、基准微伽级的重力数据获取、评估与应用能力”。建设内容包括重力测量基准和物理仿真两大平台，3万平米科研综合楼和改扩建6千平米山洞实验室。两大平台下设重力基准溯源、重力基准校验评估、海空重力梯度测量物理仿真和卫星重力测量物理仿真四大体系，包含11个系统、24个装置。

设施依托主体为rabey雷竞技引力中心。团队长期从事引力/重力相关物理规律及其实验检验研究。项目团队自主创新突破若干关键核心技术，取得了一批建设成果和科研成果。测得迄今世界最高精度万有引力常数G值，研究成果入选2018年度“中国科学十大进展”。自主研制的高精度空间静电加速度计服务于卫星重力测量和空间引力波探测等任务；自主研制的微伽级冷原子绝对重力仪交付地震行业部门使用；研发的以HUST-命名的多款全球重力场模型被国际地球重力场模型中心ICGEM收录。

图1 精密重力测量研究设施

针对精密重力仪器溯源难题，PGMF建设期间，团队创新采用扭秤周期法和角加速度法两种方法、同步双盲、同等高精度测量万有引力常数G值，不仅两种方法各自精度最高（11.6ppm），而且二者在两倍标准偏差吻合，在世界上尚属首次，国际同行在《Nature》上以“引力被创纪录的测量”为题发表评论文章，评价2018年测G工作为“精密测量领域杰出工艺的典范”。在此基础上建立了溯源到万有引力定律的高精度重力测量溯源装置，解决了重力仪器溯源难题。

团队突破了基于冷原子干涉技术的重力探测机理、溯源与标定方法、振动与激光相噪等抑制、拉曼光波前畸变效应等误差评估与系统集成等一系列关键技术，研制出具有自主知识产权的微伽级冷原子绝对重力仪，率先应用于我国地震监测等行业部门，实现我国高精度绝对重力仪的自主可控。

图2 重力基准平台

团队攻克了空间静电加速度计系列关键技术，建立了扭摆悬挂、高压悬浮、自由落体等测试装置，解决了高精度空间加速度计性能测试难题，支撑团队研制出分辨率达到10^-8、10^-10、10^-12m/s²的空间静电加速度计航天产品；建立了超高精度惯性传感器、星间激光测距、卫星编队等下一代卫星重力测量关键技术研发平台，建立了华北平原卫星重力测量地面标定场，发展全链条卫星重力场精细建模理论，研制的多个全球重力场模型被国际地球重力场模型中心ICGEM收录，模型精度显著优于官方机构最新发布产品。

图3 卫星重力测量仿真系统

建立了基于低温、MEMS等技术的海空重力梯度仪研制与测试平台，建设有黑龙江五大连池航空重力梯度标定场。在此基础上攻克了超导重力仪器集成测试、环境扰动抑制、以及低温系统设计等一系列关键技术，研制出分辨率优于亚微伽级超导重力梯度仪、静态分辨力达到1E的超导重力梯度仪；突破了亚赫兹频率结构设计、体硅工艺加工、以及高精度加速度信号标定等关键技术，研制出本底噪声达到微伽级的MEMS相对重力仪；建立了梯度仪集成测试、运动模拟、以及标定与环境模拟装置，突破了多个加速度计匹配、运动隔离平台集成、运动误差补偿、车载测试平台等关键技术，研制出静态测量分辨率达到10E的旋转加速度计式重力梯度仪，为后续开展车载、船载和机载测试奠定基础。

图4 重力仪与重力梯度仪

精密重力测量基础设施的建成与稳定运行，标志着我国在重力测量领域取得了重大突破。国家精密重力测量科学中心将不断提升原始创新能力和共享服务效能，致力于打造成为精密测量物理国际前沿阵地、地球科学领域的基础研究平台、高新技术的研发平台、对外开放服务的共享平台和拔尖创新人才的培养高地，推动我国重力测量技术不断迈向新的高度，支撑地球科学、资源勘探、环境监测等领域研究。