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“天琴计划”立新功:测出国内最准地月距离

一个口径 1.2 米的反射式望远镜、一个工作温度在零下 200 多摄氏度的多通道超导单光子探测器、一个高重频短脉冲固体激光器、一个激光测距光学平台—— 5 月 25 日,经济日报记者在位于广东珠海凤凰山顶的天琴计划激光测距台站内,看到了由上述部件组成可以测出地月距离的科技 " 利器 "。

" 中山大学天琴计划激光测距台站成功测得了月球表面上 5 组反射镜的回波信号,测出国内最准的地月距离,且精度达到国际先进水平。这意味着,中国科学家攻克了地月激光测距技术,至此,中国成为世界上第三个成功测得全部 5 个反射镜的国家。" 全国人大代表、中国科学院院士、我国空间引力波探测 " 天琴计划 " 首席科学家罗俊接受采访时说。

2014 年 3 月," 天琴计划 " 由罗俊院士提出 " 天琴 " 空间引力波探测计划,旨在通过引力波探测进行天文学、宇宙学及基础物理前沿研究。" 天琴计划 " 的基本方案是:于 2035 年前后,在约 10 万公里高的地球轨道上,部署 3 颗全同卫星,构成边长约为 17 万公里的等边三角形编队,建成空间引力波探测天文台,开展空间基础科学前沿研究。

考虑到我国现有技术水平距离空间引力波探测实际需要,以及与国际前沿仍有较大差距," 天琴计划 " 提出 "0123" 技术路线图,以此来稳步推动所需核心关键技术走向成熟。

其中,第 "0" 步是开展地月激光测距实验,为天琴卫星的高精度定轨提供技术支撑;第 "1" 步发射单颗卫星,建立高精度空间惯性基准;第 "2" 步是发射两颗卫星,对长距离星间激光干涉测量技术开展在轨验证;第 "3" 步是发射 3 颗卫星构成三角形编队,为 " 天琴 " 开展引力波的空间探测。

天琴中心副主任、该项技术负责人叶贤基教授介绍,地月距离在 38 万公里左右,地月激光测距是目前人类历史上最远距离的激光测距实验,也是目前地月距离测量精度最高的技术手段。

天琴中心工程师韩西达介绍,地月激光测距技术将为未来发射的天琴卫星提供厘米级精确定位,使之能够精准进入指定轨道。基于太阳轨道的空间引力波探测方案,则因其卫星距离地球超过 5000 万公里,基本不太可能利用激光定位。

地月激光测距技术是一项综合技术,它涵盖多个学科领域。通过与中国科学院云南天文台合作,升级昆明的卫星激光测距系统于 2018 年 1 月 22 日首次测出地月距离。这是中国人首次成功利用激光精确地测量地球距月球的距离,也使我国成为世界上第 5 个实现地月激光精确测量的国家。

随后," 天琴 " 团队启动珠海测距台站建设项目,于 2019 年 6 月首次测得地月距离,在随后几个月里,团队测到了月面上所有的 5 面反射镜,地月激光测距的技术稳定性和成熟性进一步得到确认。

罗俊院士表示,地月激光测距技术是天琴计划 " 沿途下蛋 " 的成果之一。它对月球基础科学研究、我国太空安全、空间碎片和深空目标探测、太空科学实验等多领域均具有重大应用价值。" 比如,长期地月距离观测资料对于地月系统动力学等基础研究具有重要价值。在太空安全方面,地星激光测距技术可以‘毫厘不差’锁定空间碎片于深空目标,大幅提升空间安全。又比如,在空间科学方面,地星激光测距技术有助于打造‘太空实验室’,推进我国空间科学发展。" 罗俊院士说。

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