01.20 探测空间引力波指日可待天琴一号卫星完成无拖曳控制技术飞行验证

欧界报道:

去年12月20日,我国“天琴”引力波探测计划的首颗技术验证卫星——“天琴一号”成功发射。而最近在中国航天科技集团宣布天琴一号卫星已经完成无拖曳控制飞行验证,这表明我国向空间引力波探测迈出了坚实一步,但距离真正的正式应用还有一定的距离。

探测空间引力波指日可待天琴一号卫星完成无拖曳控制技术飞行验证

​无拖曳控制是指依靠推进系统在航天器上施加持续的推力,以此抵消航天器在轨道上受到的大气、太阳光压等非保守力,为卫星内部“自由悬浮”的检验质量提供一个近乎“纯引力”的飞行环境。该技术空应用于地球和地外天体等复杂引力场的空间探测,也可用于引力波探测等效原理检验等相对论效应的空间科学研究技术。

从此次试验的飞行数据来看,在加速度模式下,实施无拖曳后天琴一号卫星所受的的外部干扰对加速度的影响,降到了重力加速度的四亿分之一以下,优于欧空局“GOCE”卫星的三亿分之一。而在位移模式下,实施无拖曳控制后,外部干扰力对卫星与内部惯性基准之间相对距离的影响控制在30纳米以内,相当于头发丝直径的四千分之一。

探测空间引力波指日可待天琴一号卫星完成无拖曳控制技术飞行验证

​而天琴一号技术试验卫星的目的是构建空间高精度惯性基准,验证相关关键技术,为空间引力波探测任务目标的实现奠定技术基础。而该卫星通过高稳定的温度控制、精准的质心控制,为无拖曳控制良好的环境保障。

在无拖曳控制技术的保护下,卫星内部“自由悬浮”的检验质量将在空间高精度惯性基准下始终处于“静止”状态。但无拖曳控制技术并不会抵消空间引力波的影响。当卫星受到引力波的作用,卫星内部的检验质量就会随着引力波的波动发生有节奏的移动,如同水面上受到涟漪扰动的树叶。

探测空间引力波指日可待天琴一号卫星完成无拖曳控制技术飞行验证

​“天琴计划”打算在地球轨道上部署3颗卫星,组成臂长十几万公里的等边三角形编队,构成空间引力波探测天文台。当三颗卫星同时受到引力波的影响时,处于卫星内部的检验质量之间的距离就会发生微小变化。未来,通过激光干涉测距技术精确检测其中两颗卫星检验质量之间微弱的距离变化,就可以实现对引力波的探测。

引力波探测不仅是验证爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图,更是对于研究宇宙的起源、发展、演变等具有重大意义。希望天琴一号的起航,能帮助科研人员对空间引力波有更深刻的研究。

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