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去年12月20日,中國“天琴”引力波探測計劃的首顆技術驗證衛星——“天琴一號”成功發射。而最近在中國航天科技集團宣佈天琴一號衛星已經完成無拖曳控制飛行驗證,這表明中國向空間引力波探測邁出了堅實一步,但距離真正的正式應用還有一定的距離。

​無拖曳控制是指依靠推進系統在航天器上施加持續的推力,以此抵消航天器在軌道上受到的大氣、太Sunny壓等非保守力,為衛星內部“自由懸浮”的檢驗品質提供一個近乎“純引力”的飛行環境。該技術空應用於地球和地外天體等複雜引力場的空間探測,也可用於引力波探測等效原理檢驗等相對論效應的空間科學研究技術。

從此次試驗的飛行資料來看,在加速度模式下,實施無拖曳後天琴一號衛星所受的的外部干擾對加速度的影響,降到了重力加速度的四億分之一以下,優於歐空局“GOCE”衛星的三億分之一。而在位移模式下,實施無拖曳控制後,外部干擾力對衛星與內部慣性基準之間相對距離的影響控制在30奈米以內,相當於頭髮絲直徑的四千分之一。

​而天琴一號技術試驗衛星的目的是構建空間高精度慣性基準,驗證相關關鍵技術,為空間引力波探測任務目標的實現奠定技術基礎。而該衛星通過高穩定的溫度控制、精準的質心控制,為無拖曳控制良好的環境保障。

在無拖曳控制技術的保護下,衛星內部“自由懸浮”的檢驗品質將在空間高精度慣性基準下始終處於“靜止”狀態。但無拖曳控制技術並不會抵消空間引力波的影響。當衛星受到引力波的作用,衛星內部的檢驗品質就會隨著引力波的波動發生有節奏的移動,如同水面上受到漣漪擾動的樹葉。

​“天琴計劃”打算在地球軌道上部署3顆衛星,組成臂長十幾萬公里的等邊三角形編隊,構成空間引力波探測天文臺。當三顆衛星同時受到引力波的影響時,處於衛星內部的檢驗品質之間的距離就會發生微小變化。未來,通過鐳射干涉測距技術精確檢測其中兩顆衛星檢驗品質之間微弱的距離變化,就可以實現對引力波的探測。

引力波探測不僅是驗證愛因斯坦廣義相對論的最後一塊拼圖,更是對於研究宇宙的起源、發展、演變等具有重大意義。希望天琴一號的起航,能幫助科研人員對空間引力波有更深刻的研究。

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