空间引力波探测“太极计划”
——中国科学院空间科技(二期)先导专项背景型号正式启动
◇ 康琦
100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其它预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外,是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。2016年2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LOGO)”的研究人员在华盛顿举行记者会,宣布他们利用LIGO探测器于2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号,这是人类首次宣布直接探测到了引力波的存在。 空间引力波探测是在低频波段探测引力波,它对应于大质量的扰动事件,因此比地面引力波探测更具丰富的物理内涵。1993年,欧洲空间局(ESA)提出激光干涉空间天线(LISA)计划,即在日地轨道布置3个间距为5×106km呈正三角形布置的航天器,星载激光器精确测量不同航天器中检验质量间由于引力波引起的~10-12m量级的位移变化,从而反演出大质量天体事件产生的引力波。 近年,引力波探测在中国受到多方面的关注。在2016年2月25日国务院新闻办公室举行的科技改革和创新发展有关情况新闻发布会上,科技部部长明确表示“将部署引力波探索等前沿研究”。科技部于2016年6月成立了“引力波研究专家委员会”,为中国引力波的发展制订蓝图。早在2008年,在胡文瑞院士的倡导下,中科院就率先组织成立了我国“空间引力波探测论证组”,该论证组由中科院多个研究所及院外高校等科研单位共同参与,开始了我国空间引力波探测规划以及空间引力波探测关键技术分析研究。2016年1月该论证组正式命名为空间引力波探测“太极计划”工作组,胡文瑞院士为首席科学家。2016年,中国科学院B类先导专项启动了“多波段引力波宇宙研究”。2018年7月4日,中国科学院“空间科学”(二期)先导专项正式启动,将空间引力波探测列为背景型号项目,开展系列关键技术攻关和技术验证。空间科学先导专项是我国迄今为止最大规模的科学卫星计划,也是我国首次以重大基础科学发现为主要目标的卫星计划。在一期专项中,暗物质卫星“悟空”、实践十号卫星、量子卫星“墨子号”、硬X射线调制望远镜“慧眼”等相继取得重大科学成果和社会影响。 “太极计划”提出了空间引力波探测三步走的规划,第一步形成在空间探测引力波的技术能力,第二步在空间探测到引力波,第三部深入探测引力波和认知宇宙。在逐步提升激光干涉测距精度、惯性传感器灵敏度以及航天器无拖曳控制水平的基础上,突破关键技术,发射多种类型的技术验证试验星,全面掌握空间引力波探测技术,最终发射“太极”引力波探测航天器,在日地轨道编队飞行形成相距~106km量级的等边三角形,完成空间引力波的探测任务。 |
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