揭秘“天琴一號”的前世今生

山西太原，12月20日11時(shí)22分，“天琴一號”衛(wèi)星成功推向太空。

“天琴一號”衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師張立華介紹，這是國內(nèi)首顆由國家立項(xiàng)、高校牽頭的技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，也是國家正式立項(xiàng)的第一顆空間引力波探測技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。其成功發(fā)射宣告中國醞釀了近20年的天琴空間引力波探測計(jì)劃，正式進(jìn)入“太空試驗(yàn)”階段。這標(biāo)志著中國人自己的空間引力波探測計(jì)劃方案距離實(shí)現(xiàn)又往前推進(jìn)了一大步。

2014年3月，中國科學(xué)院院士羅俊在一次國際會議上正式提出空間引力波探測的天琴計(jì)劃。該計(jì)劃具體為2035年前后在距離地球約10萬公里的軌道上，部署3顆全同衛(wèi)星構(gòu)成邊長約17萬公里的等邊三角形編隊(duì)，在太空中建成一個(gè)引力波天文臺，探測引力波。2016年2月21日，中山大學(xué)正式發(fā)布天琴計(jì)劃實(shí)施路線圖“0123計(jì)劃”，該計(jì)劃將用15年到20年發(fā)射衛(wèi)星上天。

“天琴計(jì)劃”首席科學(xué)家羅俊院士介紹了“0123計(jì)劃”，其中，“1”包括發(fā)射單顆高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星和單顆天琴探路者試驗(yàn)衛(wèi)星，“天琴一號”正是這顆“單顆高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星”。

據(jù)了解，“天琴計(jì)劃”得到國內(nèi)多個(gè)部門的立項(xiàng)支持，“天琴一號”衛(wèi)星也是在眾多支持合作中成功入軌的。2015年教育部率先支持天琴計(jì)劃的實(shí)施，2016年國家航天局和基金委同時(shí)立項(xiàng)支持月球中繼星激光測距項(xiàng)目，2017年國家航天局發(fā)布《關(guān)于“十三五”民用航天科研的指導(dǎo)意見》，明確提出推動引力波探測試驗(yàn)驗(yàn)證衛(wèi)星工程項(xiàng)目立項(xiàng)。

2018年10月，國家航天局批復(fù)立項(xiàng)“高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星工程項(xiàng)目”，因該項(xiàng)目對應(yīng)天琴“0123計(jì)劃”中的步驟“1”，故命名為“天琴一號”。

中山大學(xué)天琴中心副主任葉賢基說，“天琴一號”將肩負(fù)三大科學(xué)任務(wù)：空間慣性傳感器進(jìn)行在軌驗(yàn)證、對微牛級可變推力的微推力器進(jìn)行在軌驗(yàn)證和對無拖曳控制技術(shù)進(jìn)行在軌驗(yàn)證。同時(shí)，“天琴一號”也將對高精度激光干涉測量技術(shù)、高精度質(zhì)心控制技術(shù)、高穩(wěn)定性溫度控制技術(shù)等引力波空間探測共性關(guān)鍵技術(shù)，開展在軌驗(yàn)證。

中國科學(xué)院院士葉朝輝稱，“天琴一號”不僅適用于空間引力波探測計(jì)劃，還將滿足其他基礎(chǔ)科學(xué)空間實(shí)驗(yàn)對航天技術(shù)的發(fā)展需求，將為開展下一代衛(wèi)星重力測量、深空探測、基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)等提供重大技術(shù)儲備。

本世紀(jì)初，羅俊帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始布局空間引力波探測的空間慣性傳感和星間激光干涉測量技術(shù)兩大核心技術(shù)的研究。經(jīng)過4個(gè)“五年計(jì)劃”的積累，目前獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的空間靜電懸浮加速度計(jì)已經(jīng)過多次在軌試驗(yàn)和空間應(yīng)用。

但是，羅俊表示，我國現(xiàn)有的技術(shù)水平距離空間引力波探測實(shí)際需要還有明顯差距，尤其是在空間慣性傳感和星間激光干涉測量兩大核心技術(shù)上，存在若干量級上的差距。

“‘天琴一號’的最大亮點(diǎn)，就是在上述兩項(xiàng)技術(shù)上都有突破?！薄疤烨儆?jì)劃”團(tuán)隊(duì)成員涂良成教授說，首先是“新”，“天琴一號”所針對的無拖曳控制、微牛級可變推力微推力器、高精度激光干涉測量等方面的技術(shù)，在國內(nèi)剛剛起步，急需在軌試驗(yàn)驗(yàn)證；其次是“高”，“天琴一號”是對我國空間引力波探測核心技術(shù)的一次最高水平的在軌試驗(yàn)驗(yàn)證。

空間引力波探測技術(shù)雖然邁出了實(shí)質(zhì)性、關(guān)鍵性的一大步，但這項(xiàng)工程巨大，技術(shù)前沿且復(fù)雜，是科學(xué)界的“無人區(qū)”，國際競爭日漸白熱化。上海交通大學(xué)教授王斌表示，空間引力波探測計(jì)劃是世界級大型科研計(jì)劃，歐美國家早已意識到中國的潛在競爭力，目前歐洲的LISA計(jì)劃再度加速推進(jìn)。“天琴一號”衛(wèi)星的發(fā)射，又將引起歐洲空間局的關(guān)注，國際競爭越來越明顯，“這是空間科技話語權(quán)、主導(dǎo)權(quán)、發(fā)展權(quán)之爭。我們使命重大、任務(wù)緊迫”。

《中國教育報(bào)》2019年12月23日第3版