“太極一號”：我國首顆空間引力波探測技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

發(fā)布時(shí)間：2019-09-21 09:24:08來源：中科院之聲

　　2019 年 8 月 31 日上午 7 時(shí) 41 分，中國科學(xué)院空間科學(xué)(二期)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)首發(fā)星——微重力技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。衛(wèi)星在軌測試正在按計(jì)劃有序開展，截至目前，衛(wèi)星狀態(tài)正常，各項(xiàng)測試結(jié)果正常，第一階段在軌測試任務(wù)順利完成。作為我國首顆空間引力波探測技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，該衛(wèi)星被正式命名為“太極一號”。

　　引力波是物質(zhì)和能量的劇烈運(yùn)動和變化所產(chǎn)生的一種物質(zhì)波。愛因斯坦一個(gè)世紀(jì)前基于廣義相對論預(yù)言了引力波的存在。雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波已在 2015 年首次在地面被直接觀測到。引力波提供了有別于電磁波的一個(gè)全新的觀測宇宙的重要窗口，成為人類探索和認(rèn)識宇宙的新的途徑和手段。

　　不同頻率引力波反映了宇宙的不同時(shí)期和不同的天體物理過程。有別于地基探測，在空間能夠探測到中低頻段的引力波信號，能夠發(fā)現(xiàn)天體質(zhì)量更大、距離更遙遠(yuǎn)的引力波波源，揭示更為豐富的天體物理過程。由于引力波信號極其微弱，實(shí)施空間引力波探測挑戰(zhàn)巨大，需要突破目前人類精密測量和控制技術(shù)的極限。所涉及的核心技術(shù)包括高精度超穩(wěn)激光干涉儀、引力參考傳感器、超高精度無拖曳控制、微牛級推進(jìn)器、超穩(wěn)超靜衛(wèi)星平臺等。“太極一號”正是瞄準(zhǔn)這一重大科技前沿，對這些核心技術(shù)的可行性和實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行在軌驗(yàn)證。

　　“太極一號”第一階段在軌測試和數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，激光干涉儀位移測量精度達(dá)到百皮米量級(約為一個(gè)原子直徑)，引力參考傳感器測量精度達(dá)到地球重力加速度的百億分之一量級，微推進(jìn)器推力分辨率達(dá)到亞微牛量級。“太極一號”實(shí)現(xiàn)了我國迄今為止最高精度的空間激光干涉測量，成功進(jìn)行了我國首次在軌無拖曳控制技術(shù)試驗(yàn)，并在國際上首次實(shí)現(xiàn)了微牛級射頻離子和雙模霍爾電推進(jìn)技術(shù)的在軌驗(yàn)證。

　　中科院從 2008 年開始前瞻論證我國空間引力波探測的可行性，經(jīng)過多年科學(xué)前沿研究，提出了我國空間引力波探測“太極計(jì)劃”，確定了“單星、雙星、三星”“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖，并于 2018 年 8 月在空間科學(xué)(二期)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)中立項(xiàng)實(shí)施 “太極計(jì)劃”單星工程任務(wù)，啟動了三步走中的第一步。“太極一號”科研團(tuán)隊(duì)以實(shí)現(xiàn)零到一的突破為己任，全力以赴、攻堅(jiān)克難、勇于突破、協(xié)同創(chuàng)新，在不到一年的時(shí)間里完成了衛(wèi)星的研制任務(wù)。

　　“太極一號”的成功發(fā)射和第一階段在軌測試任務(wù)的順利完成，邁出了我國空間引力波探測的第一步，為我國在空間引力波探測領(lǐng)域率先取得突破奠定了基礎(chǔ)。

圖一：“太極一號”衛(wèi)星模型圖