「天琴一号」技术试验衞星作为一颗技术实验衞星-深圳沙井新闻-古田县新闻
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精度驗證-「天琴一号」技术试验衞星作为一颗技术实验衞星-古田县新闻

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「地面上的干擾因素比較多,儘管我們通過一些間接的測試加上一些仿真分析能夠對相關指標進行綜合評價,但只有到軌道環境中才能得到更好的驗證,這也是發射天琴一號的初衷。」張立華說。

「地面上由於激光干涉測量臂長的限制,只能探測到高頻引力波,要探測到更寬域的低頻引力波,只能到空間上去,形成長達數萬公里到數百萬公里的干涉臂長。」「天琴一號」技術試驗衞星總設計師張立華介紹,引力波探測將提供一種全新的天文觀測手段,成為人類觀測宇宙、了解宇宙的新窗口。

空間引力波探測帶來了極大的技術挑戰,很多技術指標高於現有水平數個量級。因此,必須循序漸進、分步實施,通過技術試驗衞星驗證相關技術,待關鍵技術取得實質性突破以後,再去研製能夠在空間探測到引力波的衞星系統。「天琴一號」技術試驗衞星擔負的正是這個使命。

為實現無拖曳控制技術在軌驗證,「天琴一號」技術試驗衞星配置了高精度的慣性傳感器和微牛級連續可調的冷氣微推進系統,作為無拖曳控制系統的敏感器和執行機構,同時通過高穩定的溫度控制、精準的質心控制,為無拖曳控制提供良好的環境保障。衞星還配置了高精度激光干涉測量系統,進行一些初步的能力驗證,為下一步雙星技術試驗系統的研製奠定基礎。

責任編輯:一粟

「天琴計劃」擬在地球軌道上部署3顆衞星,組成臂長十幾萬公里的等邊三角形編隊,構成空間引力波探測天文台。受訪者供圖

張麗華表示,這顆星是整個天琴引力波探測計劃的首顆技術驗證星,只是萬里長征的第一步,離最終實現空間引力波探測目標還有很長的路要走。這一步的技術驗證,將為未來技術發展提供有價值的參考,也是至關重要的一步。

2016年初,美國的LIGO地面應力波探測裝置首次直接探測到了引力波,找到了驗證愛因斯坦廣義相對論的最後一塊拼圖,在國際上掀起了引力波探測研究的熱潮。為什麼地面上都已經探測到引力波了,還要到空間去探測呢?

1916年,愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在。通俗來講,因為質量的存在,物體邊界處會發生時空彎曲。引力波就是時空彎曲中的漣漪,當引力波通過的時候,物體之間的距離就會發生有節奏的增加和減少,引力波探測對於研究宇宙的起源、發展、演變,意義非常重大。

「天琴一號」技術試驗衞星由航天科技集團五院航天東方紅衞星有限公司抓總研製,這是航天東方紅發射的第98顆衞星。受訪者供圖

「如果說沒有其他力的作用,兩個在「純引力」作用下的檢驗質量之間的距離是不變的,在引力波的作用下,距離就會發生變化,但這個變化是極其微小的變化,所以對探測的精度要求非常高,激光干涉測距的精度要達到皮米級。這對航天器的很多性能都帶來了挑戰,例如極高的熱穩定性、結構穩定性以及星間指向的穩定性等。」張立華說。

(香港文匯網記者 劉凝哲 北京報道)12月20日,伴隨着長征四號乙運載火箭的升空,中國「天琴」引力波探測計劃的首顆技術驗證衞星——「天琴一號」技術試驗衞星成功啟航,開啟了它的空間引力波探測技術的探索之旅。

正是在這樣的背景下,中國積極謀劃實施空間引力波探測項目。其中,國家航天局面向前沿高精度空間探測共性技術,批准了天琴一號衞星項目的實施。「天琴計劃」擬在地球軌道上部署3顆衞星,組成臂長十幾萬公里的等邊三角形編隊,構成空間引力波探測天文台,通過激光干涉測距系統來精確測量處於衞星內部的檢驗質量之間距離的微小變化,實現探測引力波的目的。獲取的觀測數據將用於開展引力波、宇宙學、天文學等方面的基礎科學研究。

作為空間引力波探測的先行軍,「天琴一號」技術試驗衞星作為一顆技術實驗衞星,目的是構建空間高精度慣性基準,驗證相關關鍵技術,為空間引力波探測任務目標的實現奠定技術基礎。而無拖曳控制,則是這顆衞星要重點攻克的難題。

記者從航天科技集團五院獲悉,「天琴計劃」是由中山大學校長、中國科學院院士羅俊於2014年提出的、以中國為主導的國際空間引力波探測計劃。作為「天琴計劃」的先行軍,「天琴一號」技術試驗衞星由航天科技集團五院航天東方紅衞星有限公司抓總研製,這是航天東方紅發射的第98顆衞星。它肩負着對無拖曳控制技術、慣性傳感器技術、高精度激光干涉測量技術、微牛級連續可變微推進技術等進行在軌驗證的使命,是空間引力波探測的探路者。

所謂無拖曳控制,就是依靠微推進系統在航天器上施加持續的推力,以此「抵消」航天器在軌道上受到的大氣、太陽光壓等非保守力,為衞星內部「自由懸浮」的檢驗質量提供一個近乎「純引力」的飛行環境。未來,一旦實現了通過激光干涉測距技術精確檢測兩顆衞星檢驗質量之間微弱的距離變化,就具備探測到引力波的能力。

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