日前，位于中山大學(xué)珠海校區(qū)鳳凰山頂?shù)摹疤烨儆?jì)劃”激光測距臺站成功測得了月球表面上五組反射鏡的回波信號，測出國內(nèi)最準(zhǔn)的地月距離，且精度達(dá)到國際先進(jìn)水平，這意味著中國科學(xué)家攻克了地月激光測距技術(shù)，至此，中國成為世界上第三個成功測得全部五個反射鏡的國家。此前，“天琴計(jì)劃”激光測距臺站通過與中國科學(xué)院云南天文臺合作，升級昆明的衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)，于2018年1月22日首次測出地月距離。這是中國人首次成功利用激光精確地測量地球距月球的距離，也使我國成為世界上第五個實(shí)現(xiàn)地月激光精確測量的國家。
“天琴計(jì)劃”激光測距臺站是由一個口徑為1.2米的反射式望遠(yuǎn)鏡、一個工作溫度在零下200多攝氏度的多通道超導(dǎo)單光子探測器、一個高重頻短脈沖固體激光器、一個激光測距精密光學(xué)系統(tǒng)等核心部件，組成了可以測出地月距離的科技利器。
據(jù)天琴中心副主任、該項(xiàng)技術(shù)負(fù)責(zé)人葉賢基教授介紹，地月距離在38萬公里左右，地月激光測距基本原理就是從地面測距臺站的望遠(yuǎn)鏡上，將高度同向性脈沖激光束射向放置在月球表面的反射鏡，反射鏡發(fā)射該激光信號再通過地面臺站的望遠(yuǎn)鏡接收，通過發(fā)送、接收時間差計(jì)算出地月之間的距離，地月激光測距是目前人類歷史上最遠(yuǎn)距離的激光測距實(shí)驗(yàn)，也是目前地月距離測量精度最高的技術(shù)手段。天琴中心工程師韓西達(dá)介紹，地月激光測距技術(shù)將為未來發(fā)射的天琴衛(wèi)星提供厘米級精度的精確定位，使天琴衛(wèi)星能夠精準(zhǔn)進(jìn)入指定軌道，這也是基于地球軌道的“天琴計(jì)劃”進(jìn)行空間引力波探測的優(yōu)勢之一。
激光測月歷程：
自1969年7月21日，美國宇航局阿波羅11號登月飛船第一次實(shí)現(xiàn)載人登月，宇航員阿姆斯特朗成功在月球上放置了第一個激光反射器以來，成功登月僅數(shù)日后，美國人即測到了來自該反射器的激光測距回波信號。此后，人類又通過阿波羅14號、阿波羅15號、月球17號、月球21號四個成功登月的飛船陸續(xù)在月球正面放置了四個激光反射器。置于月球表面面積最大的反射鏡陣列來自阿波羅15號，面積約0.3平方米，陣列中密密麻麻排列著近140個角反射鏡，對于距此38萬千米之外的地球上的觀測臺站來說，這個反射面積如針孔般渺小。透過地球大氣層的包圍，光子們前赴后繼的從地球奔向月球，克服地球大氣層散射途中，月面極低的反射率等阻礙，千辛萬苦到達(dá)月面反射鏡后，數(shù)以億計(jì)的光子兄弟此時已損耗大半。回程時除了遇到之前的同樣的困苦，要想準(zhǔn)確進(jìn)入直徑只有1米的鏡筒中，還需克服大氣擾流襲擾，原子鐘一絲不茍的計(jì)時為光子回家打開了大門，而這一切都發(fā)生在短短的2.5秒之中。而完成10次這樣地月之旅后，能安然無恙回家的光子最多只有1個。50年不間斷測量實(shí)驗(yàn)后，人類僅得到1.8萬個有效光子數(shù)據(jù)。
之后幾十年里，陸續(xù)有法國、意大利、德國等的多家測站進(jìn)行過激光測月相關(guān)研究。但由于各種原因，能夠成功的只有極少數(shù)測站。近幾年，能夠進(jìn)行常規(guī)激光測月的只有法國格拉斯測站、意大利馬泰拉測站以及美國阿波羅測站。
2014年3月中國科學(xué)院院士羅俊于在華中科技大學(xué)的一次國際會議上提出、以中國為主導(dǎo)的國際空間引力波探測計(jì)劃的“天琴計(jì)劃”。中國科學(xué)院院士、“天琴計(jì)劃”首席科學(xué)家羅俊表示：地月激光測距技術(shù)是天琴計(jì)劃“沿途下蛋”的成果之一。它除了是天琴計(jì)劃的關(guān)鍵技術(shù)之外，其本身對月球基礎(chǔ)科學(xué)研究、我國太空安全、空間碎片和深空目標(biāo)探測、太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)等多領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值。“比如，長期的地月距離觀測資料對于地月系統(tǒng)動力學(xué)、月球物理等基礎(chǔ)研究具有重要的價值。太空安全方面，地月激光測距枝術(shù)可以‘毫厘不差’地鎖定空間碎片和深空目標(biāo)，大幅提升空間安全。又比如，空間科學(xué)方面，地月／星激光測距技術(shù)有助于打造‘太空實(shí)驗(yàn)室’，推進(jìn)我國空間科學(xué)發(fā)展。”
2018年1月22日晚，中國科學(xué)院云南天文臺應(yīng)用天文研究團(tuán)組的研究人員成功接收到了月球激光測距的回波信號，這是中國人首次成功利用激光精確地測量地球距月球的距離。
2019年6月“天琴計(jì)劃”科研團(tuán)隊(duì)首次測得地月距離，在隨后的幾個月里，團(tuán)隊(duì)測到了月面上所有的五面反射鏡的回波信號，地月激光測距的技術(shù)穩(wěn)定性和成熟性進(jìn)一步得到確認(rèn)。
2019年12月20日，長征四號乙運(yùn)載火箭在太原發(fā)射中心成功發(fā)射，該火箭同時運(yùn)載了9顆衛(wèi)星，其中“天琴一號”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星最引人關(guān)注。據(jù)悉，“天琴一號”是“天琴”引力波探測計(jì)劃的首顆技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星，此次成功升空意味著我國正式開啟了空間引力波探測技術(shù)探索計(jì)劃。根據(jù)規(guī)劃，“天琴計(jì)劃”將在地球軌道上一共部署3顆衛(wèi)星，以組成一個臂長達(dá)十幾萬公里的等邊三角形編隊(duì)，成為一個空間引力波探測“天文臺”，所獲觀測數(shù)據(jù)將主要用于開展引力波、宇宙學(xué)、天文學(xué)等方面的基礎(chǔ)科學(xué)研究，并有望向全球科學(xué)家開放。
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