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空间引力波探测,中国来了
2019-11-20 16:59:34   来源:匿名   热度:2958   作者:佚名   阅读(4963次)
 

“太极一号”卫星

"我宣布这颗卫星正式命名为太极1号."

9月20日,中国科学院国家空间科学中心怀柔公园,随着中国科学院副院长向立斌的宣布,中国空间引力波探测翻开了历史性的一页。

成功发射20多天后,中国科学院宣布,其空间科学(二期)战略试点科技项目的第一颗星——微重力技术实验卫星(微重力技术实验卫星)处于正常状态,测试结果正常,在轨测试任务第一阶段成功完成。与此同时,这颗卫星被正式命名为“太极1号”,成为中国第一颗用于空间引力波探测技术的实验卫星。

这也意味着“太极1号”为我国迈出了空间引力波探测的第一步,为我国在空间引力波探测领域取得突破奠定了基础。

一百年没有完工的道路。

引力波是由物质和能量的剧烈运动和变化产生的物质波。它提供了一个不同于电磁波的全新宇宙观测窗口,是人类探索和理解宇宙的新途径和新手段。

1916年,爱因斯坦基于广义相对论预测引力波的存在。从那时起,对引力波的探索已经成为科学家们争夺的科学皇冠上的“珍珠”。

然而,直到100年后,美国地面激光干涉引力波观测站的ligo实验组才宣布引力波被直接观测到。这项工作获得了2017年诺贝尔物理学奖。

然而,引力波远未结束。像电磁波一样,引力波有不同的频率。不同频率的引力波反映了宇宙的不同时期和不同的天体物理过程。美国人用两个4公里长的“手臂”在地面上抓到的东西属于高频引力波。然而,如果你想研究质量更大、距离更远的物体,你仍然需要探测中低频带的引力波信号。

“地面上无法探测到10 Hz以下的引力波,宇宙中有大量引力波源,覆盖最丰富的频带。因此,探测太空中的引力波有望揭示更复杂的天体物理过程。”中国科学院院士、中国科学院大学副院长、太极一号卫星项目首席科学家吴岳亮说。

吴岳亮坦率地承认,探测太空中的引力波和探测地面上的引力波没有什么不同。然而,由于引力波信号极其微弱,实现检测面临巨大挑战,有必要突破目前人类精密测控技术的限制。

“蚂蚁推动卫星”有多难?

空间引力波探测涉及的核心技术包括高精度超稳定激光干涉仪、重力参考传感器、超高精度无拖曳控制、微牛推进器、超稳定超静态卫星平台等。“太极一号”是一颗瞄准这一重大科技前沿的卫星,目的是验证这些核心技术在轨道上的可行性和实施方法。

"这颗星最难的是新技术."中国科学院院士、太极一号卫星项目总工程师王建宇回忆说,以重力参考传感器为例,该项目所需的测量精度需要达到地球重力加速度的十亿分之一,相当于蚂蚁推动太极一号卫星产生的加速度。“当时,工程队压力很大。为了屏蔽干扰,他们去山洞做实验,最后啃掉了这块坚硬的骨头。”

第一阶段在轨测试和数据分析结果表明,除重力参考传感器达到“蚂蚁推星”的精度外,“太极1号”激光干涉仪的位移测量精度也达到100皮米的数量级,约为一个原子的直径。微推进器的推力分辨率达到亚微米牛级,相当于芝麻重量的1/10000。

这样,太极1号实现了我国迄今为止最高精度的空间激光干涉测量,成功进行了我国第一次在轨无阻力控制技术试验,并在世界上首次实现了微牛射频离子和双模霍尔电推进技术的在轨验证。

“太极”并不急

虽然“太极1号”研究小组在不到一年的时间里从零突破到一,但要真正探测太空中的引力波,还有很长的路要走。

基于多年的战略研究,中国科学院论证了从2008年起在中国进行空间引力波探测的可行性,提出了中国空间引力波探测的“太极计划”,确定了“单星、双星、三星”和“三步走”的发展战略和路线图。

2018年8月,中国科学院在空间科学试点项目(二期)中设立了一个项目,实施“太极计划”单星项目,开始了“三步走”的第一步。

吴岳亮告诉《中国科学报》,“三步走”的设计考虑到了关键技术的成熟和国际竞争的时间表。太极2号将对大部分高指标的关键技术进行在轨验证,而太极3号将由三颗相隔数百万公里的卫星组成,并将真正开始探测各种引力波天体

"离引力波最终在太空被探测到还有很长的路要走。"向立斌说:“但中国科学院将积极推动这项工作,并贡献更多的中国智慧、中国项目和中国力量来探索广阔的宇宙和人类文明的进步。”

尽管中国计划到2033年最终打开“引力宇宙”,但中国科学家的决心不可低估。(记者丁佳)

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