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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(hào)中繼衛(wèi)星上。圖為特聘副研究員劉祺展示科研成果。
我國(guó)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(hào)“鵲橋”號(hào)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(guó)科學(xué)院院士、中大校長(zhǎng)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(guò)地月距離的純反射式激光測(cè)距實(shí)驗(yàn)，邁出引力波探測(cè)“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(hào)中繼衛(wèi)星成功發(fā)射升空，將為今年底嫦娥四號(hào)月球背面軟著陸探測(cè)器提供月地間的中繼通信。
“經(jīng)過(guò)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(jiàn)證火箭發(fā)射過(guò)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(shuō)，早在2015年，中大開(kāi)始布局研制激光角反射器，進(jìn)行激光測(cè)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(guò)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(wàn)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(cè)距。
“通過(guò)這面‘魔鏡’的三片鏡片的反射，來(lái)自地面測(cè)距臺(tái)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(tái)合作實(shí)現(xiàn)了地月之間激光測(cè)距，約38萬(wàn)千米。明年初測(cè)試中繼衛(wèi)星與地球之間的距離，約45萬(wàn)千米，將實(shí)現(xiàn)人類首次超過(guò)地月距離的純反射式激光測(cè)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(hào)“鵲橋”上天。
“天琴計(jì)劃”探測(cè)引力波
為何進(jìn)行超過(guò)地月距離的激光測(cè)距實(shí)驗(yàn)？葉賢基說(shuō)，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(cè)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(chǔ)備。
早在2013年，羅俊團(tuán)隊(duì)探討并提出“天琴計(jì)劃”，探測(cè)引力波。而在2016年2月，美國(guó)的激光引力波干涉儀（LIGO）直接探測(cè)到引力波。國(guó)內(nèi)引力波探測(cè)項(xiàng)目“天琴計(jì)劃”意義重大，它的實(shí)施將使我國(guó)占領(lǐng)引力波探測(cè)與空間精密測(cè)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(cè)距技術(shù)，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)天琴衛(wèi)星毫米級(jí)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(cè)距對(duì)全球重力場(chǎng)進(jìn)行高精度測(cè)繪；“3顆星”是引力波探測(cè)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(cè)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(cè)量載荷原理樣機(jī)。
“中大摁下引力波探測(cè)的加速鍵！”羅俊表示，成功測(cè)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(cè)量地球重力場(chǎng)，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(cè)低頻引力波。
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