“天琴計(jì)劃”立新功：測出國內(nèi)最準(zhǔn)地月距離

“天琴計(jì)劃”立新功：測出國內(nèi)最準(zhǔn)地月距離

本報(bào)記者 鄭 楊 通訊員 盧旖維

一個(gè)口徑1.2米的反射式望遠(yuǎn)鏡、一個(gè)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(gè)高重頻短脈沖固體激光器、一個(gè)激光測距光學(xué)平臺(tái)——5月25日，經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者在位于廣東珠海鳳凰山頂?shù)奶烨儆?jì)劃激光測距臺(tái)站內(nèi)，看到了由上述部件組成可以測出地月距離的科技“利器”。

“中山大學(xué)天琴計(jì)劃激光測距臺(tái)站成功測得了月球表面上5組反射鏡的回波信號(hào)，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(gè)成功測得全部5個(gè)反射鏡的國家。”全國人大代表、中國科學(xué)院院士、我國空間引力波探測“天琴計(jì)劃”首席科學(xué)家羅俊接受采訪時(shí)說。

2014年3月，“天琴計(jì)劃”由羅俊院士提出“天琴”空間引力波探測計(jì)劃，旨在通過引力波探測進(jìn)行天文學(xué)、宇宙學(xué)及基礎(chǔ)物理前沿研究。“天琴計(jì)劃”的基本方案是：于2035年前后，在約10萬公里高的地球軌道上，部署3顆全同衛(wèi)星，構(gòu)成邊長約為17萬公里的等邊三角形編隊(duì)，建成空間引力波探測天文臺(tái)，開展空間基礎(chǔ)科學(xué)前沿研究。

考慮到我國現(xiàn)有技術(shù)水平距離空間引力波探測實(shí)際需要，以及與國際前沿仍有較大差距，“天琴計(jì)劃”提出“0123”技術(shù)路線圖，以此來穩(wěn)步推動(dòng)所需核心關(guān)鍵技術(shù)走向成熟。

其中，第“0”步是開展地月激光測距實(shí)驗(yàn)，為天琴衛(wèi)星的高精度定軌提供技術(shù)支撐；第“1”步發(fā)射單顆衛(wèi)星，建立高精度空間慣性基準(zhǔn)；第“2”步是發(fā)射兩顆衛(wèi)星，對(duì)長距離星間激光干涉測量技術(shù)開展在軌驗(yàn)證；第“3”步是發(fā)射3顆衛(wèi)星構(gòu)成三角形編隊(duì)，為“天琴”開展引力波的空間探測。

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(jí)精確定位，使之能夠精準(zhǔn)進(jìn)入指定軌道?；谔栜壍赖目臻g引力波探測方案，則因其衛(wèi)星距離地球超過5000萬公里，基本不太可能利用激光定位。

地月激光測距技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，它涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。通過與中國科學(xué)院云南天文臺(tái)合作，升級(jí)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5個(gè)實(shí)現(xiàn)地月激光精確測量的國家。

隨后，“天琴”團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)珠海測距臺(tái)站建設(shè)項(xiàng)目，于2019年6月首次測得地月距離，在隨后幾個(gè)月里，團(tuán)隊(duì)測到了月面上所有的5面反射鏡，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)。

羅俊院士表示，地月激光測距技術(shù)是天琴計(jì)劃“沿途下蛋”的成果之一。它對(duì)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)域均具有重大應(yīng)用價(jià)值。“比如，長期地月距離觀測資料對(duì)于地月系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究具有重要價(jià)值。在太空安全方面，地星激光測距技術(shù)可以‘毫厘不差’鎖定空間碎片于深空目標(biāo)，大幅提升空間安全。又比如，在空間科學(xué)方面，地星激光測距技術(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。”羅俊院士說。