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空間激光干涉測(cè)距系統(tǒng)研究獲進(jìn)展

星之球激光 來(lái)源:力學(xué)研究所2014-09-10 我要評(píng)論(0 )   

空間引力波探測(cè)和地球重力場(chǎng)空間測(cè)量?jī)纱罂茖W(xué)計(jì)劃具有重大科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。空間引力波探測(cè)不僅可以檢驗(yàn)愛因斯坦廣義相對(duì)論,還可開啟一個(gè)觀測(cè)宇宙早期的新窗...

   空間引力波探測(cè)和地球重力場(chǎng)空間測(cè)量?jī)纱罂茖W(xué)計(jì)劃具有重大科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。空間引力波探測(cè)不僅可以檢驗(yàn)愛因斯坦廣義相對(duì)論,還可開啟一個(gè)觀測(cè)宇宙早期的新窗口;而先進(jìn)重力場(chǎng)測(cè)量將為人們研究陸地水循環(huán)、冰川變化、海洋環(huán)流及大氣循環(huán)等地球大質(zhì)量時(shí)空分布、變化與遷移現(xiàn)象提供有效的分析依據(jù)。這兩大科學(xué)計(jì)劃的核心技術(shù)即是激光干涉測(cè)距系統(tǒng),用以獲得由空間引力波擾動(dòng)或重力場(chǎng)異常所引起的星間距變化??臻g引力波探測(cè)要求在百萬(wàn)公里量級(jí)的衛(wèi)星間,獲得皮米量級(jí)的位移測(cè)量精度;而對(duì)于地球重力場(chǎng)空間測(cè)量,也要在百公里量級(jí)的衛(wèi)星間獲得納米級(jí)的測(cè)距精度。這無(wú)疑是目前測(cè)量學(xué)的重大挑戰(zhàn)。

  2008年,由中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室牽頭,聯(lián)合中科院理論物理研究所、中科院物理研究所、中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、華中科技大學(xué)、中國(guó)東方紅衛(wèi)星股份有限公司等,組建了中科院空間引力波調(diào)研論證組;2009年,中科院將空間引力波探測(cè)列入中科院2050中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃;2011年,美國(guó)nasa退出“lisa”計(jì)劃,esa尋求中國(guó)20%的合作,其中皮米精度的激光干涉儀列為中國(guó)可能貢獻(xiàn)的載荷之一;2012年,為響應(yīng)國(guó)際同行的合作倡議,由力學(xué)所和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)牽頭成立了中科院空間引力波探測(cè)工作組。

  為配合和推進(jìn)空間引力波探測(cè)等科學(xué)計(jì)劃的落實(shí),力學(xué)所承擔(dān)了激光干涉測(cè)距系統(tǒng)方法學(xué)篩選(chinesephysicsletters,2012,29(7)079501-3)和地面模擬系統(tǒng)的研制。在中科院空間中心戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目和中科院科研裝備研制項(xiàng)目的支持下,科研人員突破國(guó)際技術(shù)封鎖和關(guān)鍵器件禁運(yùn),成功地設(shè)計(jì)出集消除噪聲與精密測(cè)距等多功能的激光干涉儀光路,以及多元抑噪的方案,研制出測(cè)距精度優(yōu)于100pm/hz 1/2的激光干涉儀;采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)(dpll)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)等硬件平臺(tái),研制出檢相精度優(yōu)于2π×10 -5rad/hz1/2的高精度相位計(jì)(rev.sci.instrum.2014,85,024503);采用差分波前檢測(cè)技術(shù)和相敏型指向敏感器,發(fā)展了指向控制精度達(dá)10nrand/hz 1/2的激光指向控制模擬系統(tǒng)(rev.sci.instrum.2014,85,074501);利用電光相位調(diào)制器、鎖相控制模塊等建立了鎖相精度優(yōu)于2π×10 -4rad/hz1/2的激光鎖相控制模擬系統(tǒng);同時(shí),申請(qǐng)了多項(xiàng)技術(shù)發(fā)明專利;成功構(gòu)建了空間激光干涉測(cè)距地面模擬裝置。這標(biāo)志著我國(guó)在空間精密測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步,積累了寶貴的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

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