中山大學(xué)牽頭研制激光角反射器,此科研成果搭載在“鵲橋”號中繼衛(wèi)星上。圖為特聘副研究員劉祺展示科研成果。
我國成功發(fā)射世界首顆運(yùn)行在地月第二拉格朗日L2點(diǎn)的通信衛(wèi)星——嫦娥四號“鵲橋”號中繼衛(wèi)星,引起全球關(guān)注。23日筆者從中山大學(xué)了解到,這顆衛(wèi)星攜帶了由中國科學(xué)院院士、中大校長羅俊團(tuán)隊(duì)研制的激光角反射器,并計(jì)劃明年初進(jìn)行人類首次超過地月距離的純反射式激光測距實(shí)驗(yàn),邁出引力波探測“天琴計(jì)劃”的實(shí)操第一步。
3年研發(fā)激光角反射器
5月21日早5時(shí)28分,“鵲橋”號中繼衛(wèi)星成功發(fā)射升空,將為今年底嫦娥四號月球背面軟著陸探測器提供月地間的中繼通信。
“經(jīng)過三年多時(shí)間的研發(fā),激光角反射器終于成功升空了。”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心見證火箭發(fā)射過程的中大天琴引力物理研究中心副研究員劉祺激動(dòng)地說,早在2015年,中大開始布局研制激光角反射器,進(jìn)行激光測距試驗(yàn)。
筆者在中大天琴引力物理研究中心看到,激光角反射器就像一面“魔鏡”,由三片精密加工的鏡片組成,通過特殊的工藝粘接而成,有效口徑達(dá)到170mm,粘接誤差需要控制在百萬分之二弧度以內(nèi),以配合地面大口徑望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行地球和中繼星之間的激光測距。
“通過這面‘魔鏡’的三片鏡片的反射,來自地面測距臺站的激光束將原路返回發(fā)射點(diǎn)。”中山大學(xué)天琴引力物理研究中心教授葉賢基介紹,今年1月團(tuán)隊(duì)與云南天文臺合作實(shí)現(xiàn)了地月之間激光測距,約38萬千米。明年初測試中繼衛(wèi)星與地球之間的距離,約45萬千米,將實(shí)現(xiàn)人類首次超過地月距離的純反射式激光測距實(shí)驗(yàn)。
由中山大學(xué)葉賢基教授牽頭的研制激光角反射器團(tuán)隊(duì)。
中山大學(xué)牽頭研制的激光角反射器,此科研成果搭載在嫦娥4號“鵲橋”上天。
“天琴計(jì)劃”探測引力波
為何進(jìn)行超過地月距離的激光測距實(shí)驗(yàn)?葉賢基說,這是“天琴計(jì)劃”實(shí)施路線圖“0123計(jì)劃”中的第一步,即“0”計(jì)劃中的一部分,目的是發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測距技術(shù),為后期天琴衛(wèi)星的精密定軌提供技術(shù)驗(yàn)證和儲備。
早在2013年,羅俊團(tuán)隊(duì)探討并提出“天琴計(jì)劃”,探測引力波。而在2016年2月,美國的激光引力波干涉儀(LIGO)直接探測到引力波。國內(nèi)引力波探測項(xiàng)目“天琴計(jì)劃”意義重大,它的實(shí)施將使我國占領(lǐng)引力波探測與空間精密測量領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究制高點(diǎn)。
根據(jù)規(guī)劃,“天琴計(jì)劃”將以若干技術(shù)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為依托,采取分步實(shí)施的發(fā)展方案,分解為“0123”計(jì)劃:“0顆星”是首先發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測距技術(shù),幫助實(shí)現(xiàn)對天琴衛(wèi)星毫米級的定軌精度;“1顆星”是利用一顆衛(wèi)星在約700公里的軌道高度上,進(jìn)行空間慣性基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn);“2顆星”是利用兩顆衛(wèi)星在約400公里的軌道高度上、借助激光測距對全球重力場進(jìn)行高精度測繪;“3顆星”是引力波探測實(shí)驗(yàn)。
筆者在中大珠海校區(qū)看到,位于海拔412米鳳凰山的山洞超靜實(shí)驗(yàn)室、盤山公路和多功能觀測站等“天琴計(jì)劃”綜合研究設(shè)施正在火熱施工。天琴引力物理研究中心同樣一片火熱,研究人員正在研發(fā)激光干涉測量載荷原理樣機(jī)。
“中大摁下引力波探測的加速鍵!”羅俊表示,成功測試中繼衛(wèi)星與地球之間的距離后,“天琴計(jì)劃”的下一階段目標(biāo)是精確測量地球重力場,使人類更加深刻地了解地球、水資源和礦產(chǎn)資源的分布和變化,“天琴計(jì)劃”的最終目標(biāo)是在太空中探測低頻引力波。