原標(biāo)題：昨天升空的衛(wèi)星背后，醞釀著一個(gè)大計(jì)劃……

12月20日11時(shí)22分,，隨著太原衛(wèi)星發(fā)射中心的長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射,，包括贈(zèng)埃塞俄比亞微小衛(wèi)星以及“天琴一號(hào)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星等8顆衛(wèi)星也同步升空。發(fā)射后891秒“天琴一號(hào)”入軌,，電源開機(jī)正常,。

▲12月20日11時(shí)22分，我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射中巴地球資源衛(wèi)星04A星,，此次任務(wù)同時(shí)搭載了中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化“南南合作”項(xiàng)目——贈(zèng)埃塞俄比亞微小衛(wèi)星以及“天琴一號(hào)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星等8顆衛(wèi)星,。新華社發(fā)（鄭逃逃攝）

這是由華中科技大學(xué)和中山大學(xué)共同研制的國(guó)內(nèi)首顆由國(guó)家立項(xiàng)面向未來引力波空間探測(cè)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，其成功發(fā)射意味著我國(guó)科研人員醞釀近20年,，且于5年前正式推出的天琴空間引力波探測(cè)計(jì)劃,，正式進(jìn)入“太空試驗(yàn)”階段。

天琴“0123計(jì)劃”已進(jìn)入“1”

圍繞中國(guó)空間引力波探測(cè),，羅俊院士早在1994年就在華中科技大學(xué)引力中心的山洞實(shí)驗(yàn)室開始進(jìn)行基礎(chǔ)研究布局,。

“天琴計(jì)劃”是由羅俊院士2014年3月在華中科技大學(xué)的一次國(guó)際會(huì)議上提出的。該計(jì)劃具體為2035年前后在距離地球約10萬公里的軌道上,，部署三顆全同衛(wèi)星構(gòu)成邊長(zhǎng)約為17萬公里的等邊三角形編隊(duì),，在太空中建成一個(gè)引力波天文臺(tái)，探測(cè)引力波,。

2015年7月在中山大學(xué)發(fā)起的一個(gè)科研計(jì)劃,，中山大學(xué)和華中科技大學(xué)正式組建研究小組開展我國(guó)空間引力波探測(cè)計(jì)劃任務(wù)的預(yù)研,，制定我國(guó)空間引力波探測(cè)計(jì)劃的實(shí)施方案和路線圖，提出天琴空間引力波探測(cè)計(jì)劃,。

2016年2月21日,，中山大學(xué)正式發(fā)布“天琴計(jì)劃”實(shí)施路線圖“0123計(jì)劃”，該計(jì)劃將用15年到20年發(fā)射衛(wèi)星上天,。

“天琴計(jì)劃”首席科學(xué)家羅俊院士詳細(xì)介紹了“0123計(jì)劃”,，其中“1”包括發(fā)射單顆高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星和單顆天琴探路者試驗(yàn)衛(wèi)星，“天琴一號(hào)”衛(wèi)星正是這個(gè)“單顆高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星”,。

據(jù)介紹,，這套“0123計(jì)劃”技術(shù)路線圖，采取“沿途下蛋”分步實(shí)施,，利用可靠,、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的手段展開技術(shù)攻關(guān)和在軌驗(yàn)證,，穩(wěn)步推動(dòng)我國(guó)空間引力波探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)走向成熟,，最終開展空間引力波探測(cè)。

據(jù)了解,，“天琴計(jì)劃”得到了國(guó)內(nèi)多部門的立項(xiàng)支持,，2015年教育部率先支持“天琴計(jì)劃”的實(shí)施，2016年國(guó)家航天局和基金委同時(shí)立項(xiàng)支持月球中繼星激光測(cè)距項(xiàng)目,，2017年國(guó)家航天局發(fā)布《關(guān)于“十三五”民用航天科研的指導(dǎo)意見》,，其中明確提出推動(dòng)引力波探測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證衛(wèi)星工程項(xiàng)目立項(xiàng)，從此開始對(duì)天琴“0123計(jì)劃”系統(tǒng)性,、持續(xù)性支持,。

2018年10月，國(guó)家航天局批復(fù)立項(xiàng)“高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星工程項(xiàng)目”,，因該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)天琴“0123計(jì)劃”中的步驟“1”,，故命名“天琴一號(hào)”,。

“天琴一號(hào)”衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師張立華介紹,，“天琴一號(hào)”是我國(guó)第一顆由國(guó)家立項(xiàng)、高校牽頭的技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星,，也是國(guó)家正式立項(xiàng)的第一顆空間引力波探測(cè)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星,。

三大科學(xué)目標(biāo)

四大“首創(chuàng)”意義

空間引力波探測(cè)技術(shù)體系中，空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一,。

羅俊說,，這項(xiàng)技術(shù)的核心是在每顆衛(wèi)星內(nèi)部放置完全懸浮起來的質(zhì)量塊，然后利用衛(wèi)星屏蔽外界環(huán)境對(duì)質(zhì)量塊干擾,，利用無拖曳技術(shù)并控制衛(wèi)星使之跟隨質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng),，這個(gè)不受外力干擾的質(zhì)量塊,，稱為“慣性基準(zhǔn)”。因?yàn)椤皯T性基準(zhǔn)”只在引力場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng),，所以能真實(shí)地反映引力場(chǎng)的波動(dòng),，可以說，“慣性基準(zhǔn)”就是引力波“探頭”,。

“‘天琴一號(hào)’是一顆高精度空間慣性基準(zhǔn)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星,。”中山大學(xué)天琴中心副主任葉賢基教授說,，其身負(fù)三大科學(xué)任務(wù)：

第一個(gè)是對(duì)空間慣性傳感器進(jìn)行在軌驗(yàn)證,，該傳感器用于精確測(cè)量衛(wèi)星與質(zhì)量塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

第二個(gè)是對(duì)微牛級(jí)可變推力的微推力器進(jìn)行在軌驗(yàn)證,，該技術(shù)用于精確控制衛(wèi)星跟隨慣性基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng),。

第三個(gè)是對(duì)無拖曳控制技術(shù)進(jìn)行在軌驗(yàn)證，這是根據(jù)慣性傳感器的測(cè)量結(jié)果,，通過適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄏ蛭⑼屏ζ鬏敵隹刂浦噶?，使衛(wèi)星精確跟隨慣性基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)。

葉賢基說,，“天琴一號(hào)”也將對(duì)高精度激光干涉測(cè)量技術(shù),、高精度質(zhì)心控制技術(shù)、高穩(wěn)定性溫度控制技術(shù)等引力波空間探測(cè)共性關(guān)鍵技術(shù)開展在軌驗(yàn)證,。

▲天琴計(jì)劃珠海計(jì)劃測(cè)距臺(tái)站

中國(guó)科學(xué)院院士葉朝輝表示,，“天琴計(jì)劃”從醞釀、籌備到技術(shù)攻關(guān)取得階段性成果,，“天琴一號(hào)”在四個(gè)方面具有國(guó)內(nèi)“首創(chuàng)”意義：

第一,，作為國(guó)內(nèi)首顆國(guó)家立項(xiàng)的引力波空間探測(cè)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，不僅適用于空間引力波探測(cè)計(jì)劃,，還將滿足其他基礎(chǔ)科學(xué)空間實(shí)驗(yàn)對(duì)航天技術(shù)的發(fā)展需求,。

第二，是國(guó)內(nèi)首顆無拖曳控制技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星,。無拖曳控制技術(shù)是最前沿的航天技術(shù),。此次在軌成功實(shí)現(xiàn)“超靜超穩(wěn)”無拖曳控制衛(wèi)星，將為開展下一代衛(wèi)星重力測(cè)量,、深空探測(cè),、基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)等提供重大技術(shù)儲(chǔ)備。

第三,，是國(guó)內(nèi)首次在空間建立最高精度的空間慣性基準(zhǔn),，將完成慣性測(cè)量、無拖曳控制,、微牛級(jí)推進(jìn),、激光干涉測(cè)量,、高穩(wěn)定溫度和質(zhì)心控制共六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在軌驗(yàn)證，六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同工作,，實(shí)現(xiàn)高精度空間慣性基準(zhǔn)的構(gòu)建,。

第四，“天琴一號(hào)”衛(wèi)星的單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求高,，部分技術(shù)比國(guó)內(nèi)現(xiàn)有水平高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上,。

硬核技術(shù)再創(chuàng)“新高”

“無人之域”任重道遠(yuǎn)

21世紀(jì)初，羅俊帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始布局空間引力波探測(cè)的兩大核心技術(shù)——空間慣性傳感和星間激光干涉測(cè)量技術(shù)的研究,。經(jīng)過四個(gè)“五年計(jì)劃”的積累,，目前擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空間靜電懸浮加速度計(jì)已經(jīng)經(jīng)過了多次在軌試驗(yàn)和空間應(yīng)用。

但是,，羅俊表示,，我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)水平距離空間引力波探測(cè)實(shí)際需要還有明顯差距，尤其在空間慣性傳感和星間激光干涉測(cè)量?jī)纱蠛诵募夹g(shù)上還存在若干量級(jí)上的差距,。

▲中山大學(xué)天琴中心楊山清教授和華中科技大學(xué)引力中心涂良成教授與航天東方紅衛(wèi)星有限公司的工作人員正在進(jìn)行“天琴一號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射前的最后測(cè)試檢查工作。

“這也是‘天琴一號(hào)’要突破的點(diǎn),?！碧烨僦行某?wù)副主任涂良成教授說，在上述兩項(xiàng)技術(shù)上“天琴一號(hào)”都有“突破”,。首先是“新”,，“天琴一號(hào)”所針對(duì)的無拖曳控制、微牛級(jí)可變推力微推力器,、高精度激光干涉測(cè)量等方面的技術(shù),，在國(guó)內(nèi)都剛剛起步，急需在軌試驗(yàn)驗(yàn)證,。

其次是“高”,，“天琴一號(hào)”是對(duì)我國(guó)空間引力波探測(cè)核心技術(shù)的一次最高水平的在軌試驗(yàn)驗(yàn)證，比如慣性傳感器噪聲水平將比現(xiàn)有指標(biāo)提高100倍以上,、激光干涉儀測(cè)量噪聲將比現(xiàn)有指標(biāo)提高10倍以上,。

葉賢基介紹，新技術(shù)和高標(biāo)準(zhǔn)的背后是研發(fā)過程克服了諸多難點(diǎn),，以一體化星載激光干涉儀為例,，“天琴一號(hào)”中激光干涉儀光學(xué)平臺(tái)是采用特殊技術(shù)制作的超穩(wěn)光學(xué)平臺(tái),，這種特殊粘結(jié)工藝可以使得光學(xué)鏡片與平臺(tái)的界面粘結(jié)強(qiáng)度非常接近材料本身的最大拉伸強(qiáng)度,，形成“準(zhǔn)一體化”的抗震結(jié)構(gòu)。再加上材料本身非常小的熱膨脹系數(shù),，從而使得整個(gè)干涉儀光學(xué)平臺(tái)對(duì)溫度變化和外界振動(dòng)等環(huán)境變化的抗干擾能力極強(qiáng),。

空間引力波探測(cè)技術(shù)邁出實(shí)質(zhì)性,、關(guān)鍵性的一大步，但這項(xiàng)工程巨大,，技術(shù)前沿且復(fù)雜,，是科學(xué)界的“無人之域”，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日漸白熱化,。上海交通大學(xué)教授王斌表示,，空間引力波探測(cè)計(jì)劃是世界級(jí)大型科研計(jì)劃，歐美國(guó)家早已意識(shí)到中國(guó)的潛在競(jìng)爭(zhēng)力,，目前歐洲的LISA計(jì)劃再度加速推進(jìn),。

羅俊表示，“天琴一號(hào)”雖然意義重大,，但并不代表我國(guó)空間引力波探測(cè)技術(shù)已經(jīng)成熟,，實(shí)際上我們距離實(shí)現(xiàn)空間引力波探測(cè)的最終目標(biāo)還任重道遠(yuǎn)，必須本著求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度和踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng),，加快推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和在軌驗(yàn)證,，加速推進(jìn)人才隊(duì)伍建設(shè)和國(guó)內(nèi)外科技合作。