據《科技日報》1月19日報道,中國航天科技集團五院502所18日對記者透露,根據最新試驗結果分析,中國天琴一號衛星已經成功完成無拖曳控制飛行驗證。咋聽起來好像沒什麼,但這意味著這顆衛星可以在太空中排除外部干擾力的影響,極為精確地“定點不動”,精度控制在30奈米之內,是頭髮絲的四千分之一!
準確地講,無拖曳控制,就是抵消除了引力以外,所有干擾衛星的力,包括太Sunny的微小壓力、高空稀薄大氣阻力等,確保衛星處於“超級靜穩”狀態。舉個例子,你如果打個哈欠,可能產生十分微小的反作用力,而天琴一號連打哈欠產生的極微小加速度也能消除掉。
無拖曳控制氛圍加速度模式和相對位移模式兩類,這兩類技術都在天琴一號上成功驗證,讓外部干擾力對加速度的影響降到了重力加速度的四億分之一以下,比歐洲GOCE衛星的三億分之一還要精準,也優於國際著名的LISA探路者衛星。
通過這種極為“變態”的控制效果,衛星就可以精確感知引力場的變化,從而實現對複雜引力場、引力波的探測,在物理前沿領域有著十分重大的價值。天琴一號打破了國外對這一頂尖領域的技術壟斷,指標完全達到了國際先進水平。
要實現這種超精準的姿態定位控制效果,就離不開微牛級的瞬變推力技術。1微牛的力大約與1根頭髮絲的重量相當,而天琴一號可以實現0.1微牛連續變推力精準控制。這是實現太空中無拖曳控制的核心技術之一,中國也成為世界上第二個掌握該技術的國家。
除了微牛級推力裝置,地面模擬、資料模型、演算法設計乃至衛星平臺設計製造都面臨很大的挑戰。502所從2010年開始追蹤國外技術,充分投入預研課題,突破了相關控制難關,設計了多種無拖曳控制演算法,並申請了多項技術專利。此次天琴一號衛星成功試驗無拖曳控制技術,表明中國在太空引力波探測領域邁出了堅實的一步。
天琴一號只是整個“天琴”計劃(名字就很有意境)的第一顆試驗衛星(2019年12月20日發射),後面還有更為精密複雜的技術道路要走。總之,就算沒法完全理解這些物理名詞也沒關係,一個大寫的“牛”字就夠了,未來的征途是星辰大海!