一箭九星 “天琴一号”出征探测引力波

一箭九星 “天琴一号”出征探测引力波

  一箭九星 “天琴一号”出征探测引力波

  长征四号乙运载火箭成功发射9颗卫星,其中“天琴一号”系“天琴”引力波探测计划首颗技术验证卫星

  12月20日11时22分,我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射中巴地球资源卫星04A星。本次任务还同时搭载了中国应对气候变化“南南合作”项目——赠埃塞俄比亚微小卫星以及“天琴一号”技术试验卫星等8颗卫星。“天琴一号”是我国“天琴”引力波探测计划首颗技术验证卫星,开启了空间引力波探测技术探索计划。

  新京报讯 昨日11时22分,长征四号乙运载火箭成功将中巴地球资源卫星04A星送入预定轨道,任务圆满成功。据了解,此次任务还搭载发射了赠埃塞俄比亚微小卫星等8颗卫星。

  中国赠送埃塞俄比亚遥感卫星

  赠埃塞俄比亚微小卫星由我国无偿捐助,是埃塞俄比亚首颗人造地球卫星,主要装载多光谱宽幅相机,能够获取农林水利、防灾减灾等领域多光谱遥感数据,支撑埃塞俄比亚开展应对气候变化研究。

  “天琴一号”是我国“天琴”引力波探测计划首颗技术验证卫星。根据规划,“天琴计划”将在地球轨道上部署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”。

  中巴地球资源卫星04A星可监测亚马孙雨林

  中巴地球资源卫星04A星是中国和巴西两国合作研制的第6颗卫星,将接替中巴地球资源卫星04星获取全球高、中、低分辨率光学遥感数据,为中巴两国资源系列卫星数据应用拓展至全球高分辨率业务领域奠定基础,为巴西政府实现对亚马孙热带雨林及全国环境变化监测等提供高技术手段。

  中巴地球资源卫星04A星共搭载了3台光学载荷,包括中方负责研制的宽幅全色多光谱相机,巴方负责研制的多光谱相机、宽视场成像仪。

  今年是中巴建交45周年,1988年中巴启动地球资源卫星合作项目,开创了发展中国家航天领域合作成功先例,被双方国家领导人誉为高技术领域南南合作典范。

  中巴地球资源卫星04A星工程由国家航天局组织实施,卫星系统由中国航天科技集团有限公司中国空间技术研究院和巴西空间院共同研制;运载火箭由中国航天科技集团上海航天技术研究院研制;发射、测控由中国卫星发射测控系统部负责组织实施,业务测控由中巴双方轮流负责;中方地面应用系统由中国资源卫星应用中心和中科院遥感与数字地球研究所负责,巴方地面应用系统由巴西空间院负责。

  亮点1

  “天琴计划”在太空搭建引力波探测“天文台”

  “天琴计划”2014年由中山大学校长、中国科学院院士罗俊提出,以中国为主导的国际空间引力波探测计划。“天琴一号”技术试验卫星由航天科技集团五院航天东方红卫星有限公司抓总研制,是空间引力波探测的探路者。

  根据规划,“天琴计划”将在地球轨道上部署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”。获取的观测数据将用于开展引力波、宇宙学、天文学等方面的基础科学研究。

  1916年,爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。通俗来讲,因为质量的存在,物体边界处会发生时空弯曲,引力波就是时空弯曲中的涟漪,对于研究宇宙的起源、发展、演变意义重大。

  2016年初,美国LIGO地面引力波探测装置首次直接探测到了引力波,找到了验证爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图,掀起引力波探测研究的热潮。三名参与LIGO项目的科学家因为对引力波观测的贡献,荣获了2017年诺贝尔物理学奖。

  在地面装置探测引力波的同时,天琴计划将在太空中伸出触角,探寻引力波的信号。

  据“天琴一号”技术试验卫星总设计师张立华介绍,地面由于激光干涉测量臂长的限制,只能探测到高频引力波。要探测到更宽域的低频引力波,只能上太空,形成长达数万公里到数百万公里的干涉臂长。

  根据规划,“天琴计划”将在地球轨道上部署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”。

  这个“天文台”将通过激光干涉测距系统,精确测量卫星内部检验质量之间距离的微小变化,实现探测引力波的目的。获取的观测数据将用于开展引力波、宇宙学、天文学等方面的基础科学研究。

  亮点2

  “天琴计划”数据有望提供给全世界科学家

  在“天琴一号”技术试验卫星项目中,我国首次采用国家、地方、高校、企业共同联合研发的模式。

  国家航天局为工程大总体管理单位,中山大学为用户单位,航天东方红卫星有限公司为卫星总体负责单位,试验载荷分别由中山大学、华中科技大学、五院等国内有关单位研制。

  张立华说,空间引力波探测是世界性的难题,对航天器性能提出了极高要求。高校提出科学目标、任务需求,承担部分科学载荷的研制,航天工业部门完成卫星研制,两者结合。

  作为“天琴一号”用户单位,中山大学还负责了科学应用系统的建设和运行,在航天东方红卫星有限公司和各承制单位的支持下,完成卫星的在轨试验任务协调与管控、数据接收、处理、存档、分发和数据质量评定。

  据“天琴一号”技术试验卫星总体主任设计师黎明介绍,未来天琴计划的数据,有望提供给全世界科学家共同研究。

  ■ 释疑

  “天琴一号”如何人工营造“纯引力”环境?

  空间引力波探测带来了极大的技术挑战,很多技术指标高于现有水平数个量级。技术试验卫星将先行验证相关技术,关键技术取得实质性突破以后,再研制能探测到引力波的卫星系统。

  无拖曳控制,是“天琴一号”要重点攻克的难题。

  所谓无拖曳控制,就是依靠微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、太阳光压等力,从而为卫星内部“自由悬浮”的检验质量,提供一个近乎“纯引力”的飞行环境。

  在此基础上,一旦实现了通过激光干涉测距技术,精确检测两颗卫星检验质量之间微弱的距离变化,卫星就具备探测到引力波的能力。

  张立华解释,如果没有其他力的作用,两个在“纯引力”作用下的检验质量之间距离是不变的。而在引力波的作用下,距离就会发生变化。但这是极其微小的变化,所以对探测精度要求非常高,激光干涉测距的精度要达到皮米级。这对航天器的很多性能都带来了挑战,例如极高的热稳定性、结构稳定性以及星间指向的稳定性等。

  为实现无拖曳控制技术在轨验证,“天琴一号”配置了高精度惯性传感器,和微牛级连续可调的冷气微推进系统,作为无拖曳控制系统的敏感器和执行机构。同时,通过高稳定温度控制、精准的质心控制,为无拖曳控制提供良好的环境保障。

  新京报记者 倪伟

【编辑:张楷欣】