日前,位於(yu) 中山大學珠海校區鳳凰山頂的“天琴計劃”激光測距台站成功測得了月球表麵上五組反射鏡的回波信號,測出國內(nei) 最準的地月距離,且精度達到國際先進水平,這意味著中國科學家攻克了地月激光測距技術,至此,中國成為(wei) 世界上第三個(ge) 成功測得全部五個(ge) 反射鏡的國家。此前,“天琴計劃”激光測距台站通過與(yu) 中國科學院雲(yun) 南天文台合作,升級昆明的衛星激光測距係統,於(yu) 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(wei) 世界上第五個(ge) 實現地月激光精確測量的國家。
“天琴計劃”激光測距台站是由一個(ge) 口徑為(wei) 1.2米的反射式望遠鏡、一個(ge) 工作溫度在零下200多攝氏度的多通道超導單光子探測器、一個(ge) 高重頻短脈衝(chong) 固體(ti) 激光器、一個(ge) 激光測距精密光學係統等核心部件,組成了可以測出地月距離的科技利器。
據天琴中心副主任、該項技術負責人葉賢基教授介紹,地月距離在38萬(wan) 公裏左右,地月激光測距基本原理就是從(cong) 地麵測距台站的望遠鏡上,將高度同向性脈衝(chong) 激光束射向放置在月球表麵的反射鏡,反射鏡發射該激光信號再通過地麵台站的望遠鏡接收,通過發送、接收時間差計算出地月之間的距離,地月激光測距是目前人類曆史上最遠距離的激光測距實驗,也是目前地月距離測量精度最高的技術手段。天琴中心工程師韓西達介紹,地月激光測距技術將為(wei) 未來發射的天琴衛星提供厘米級精度的精確定位,使天琴衛星能夠精準進入指定軌道,這也是基於(yu) 地球軌道的“天琴計劃”進行空間引力波探測的優(you) 勢之一。
激光測月曆程:
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現載人登月,宇航員阿姆斯特朗成功在月球上放置了第一個(ge) 激光反射器以來,成功登月僅(jin) 數日後,美國人即測到了來自該反射器的激光測距回波信號。此後,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(ge) 成功登月的飛船陸續在月球正麵放置了四個(ge) 激光反射器。置於(yu) 月球表麵麵積最大的反射鏡陣列來自阿波羅15號,麵積約0.3平方米,陣列中密密麻麻排列著近140個(ge) 角反射鏡,對於(yu) 距此38萬(wan) 千米之外的地球上的觀測台站來說,這個(ge) 反射麵積如針孔般渺小。透過地球大氣層的包圍,光子們(men) 前赴後繼的從(cong) 地球奔向月球,克服地球大氣層散射途中,月麵極低的反射率等阻礙,千辛萬(wan) 苦到達月麵反射鏡後,數以億(yi) 計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,要想準確進入直徑隻有1米的鏡筒中,還需克服大氣擾流襲擾,原子鍾一絲(si) 不苟的計時為(wei) 光子回家打開了大門,而這一切都發生在短短的2.5秒之中。而完成10次這樣地月之旅後,能安然無恙回家的光子最多隻有1個(ge) 。50年不間斷測量實驗後,人類僅(jin) 得到1.8萬(wan) 個(ge) 有效光子數據。
之後幾十年裏,陸續有法國、意大利、德國等的多家測站進行過激光測月相關(guan) 研究。但由於(yu) 各種原因,能夠成功的隻有極少數測站。近幾年,能夠進行常規激光測月的隻有法國格拉斯測站、意大利馬泰拉測站以及美國阿波羅測站。
2014年3月中國科學院院士羅俊於(yu) 在華中科技大學的一次國際會(hui) 議上提出、以中國為(wei) 主導的國際空間引力波探測計劃的“天琴計劃”。中國科學院院士、“天琴計劃”首席科學家羅俊表示:地月激光測距技術是天琴計劃“沿途下蛋”的成果之一。它除了是天琴計劃的關(guan) 鍵技術之外,其本身對月球基礎科學研究、我國太空安全、空間碎片和深空目標探測、太空科學實驗等多領域具有重大應用價(jia) 值。“比如,長期的地月距離觀測資料對於(yu) 地月係統動力學、月球物理等基礎研究具有重要的價(jia) 值。太空安全方麵,地月激光測距枝術可以‘毫厘不差’地鎖定空間碎片和深空目標,大幅提升空間安全。又比如,空間科學方麵,地月/星激光測距技術有助於(yu) 打造‘太空實驗室’,推進我國空間科學發展。”
2018年1月22日晚,中國科學院雲(yun) 南天文台應用天文研究團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“天琴計劃”科研團隊首次測得地月距離,在隨後的幾個(ge) 月裏,團隊測到了月麵上所有的五麵反射鏡的回波信號,地月激光測距的技術穩定性和成熟性進一步得到確認。
2019年12月20日,長征四號乙運載火箭在太原發射中心成功發射,該火箭同時運載了9顆衛星,其中“天琴一號”技術試驗衛星最引人關(guan) 注。據悉,“天琴一號”是“天琴”引力波探測計劃的首顆技術驗證衛星,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探索計劃。根據規劃,“天琴計劃”將在地球軌道上一共部署3顆衛星,以組成一個(ge) 臂長達十幾萬(wan) 公裏的等邊三角形編隊,成為(wei) 一個(ge) 空間引力波探測“天文台”,所獲觀測數據將主要用於(yu) 開展引力波、宇宙學、天文學等方麵的基礎科學研究,並有望向全球科學家開放。
轉載請注明出處。