探测空间引力波，“太极一号”来了(2)

“空间探测所覆盖的是引力波波源最为丰富的频段，拥有大量可保证探测到的天体波源，可进行长时间观测，有利于确定波源位置。”吴岳良进一步解释。

中国智慧

探索浩瀚宇宙，为人类文明进步贡献更多中国智慧、中国方案和中国力量，中国亦在行动。2008年开始论证的空间引力波探测“太极计划”便是一个代表。

按照吴岳良的说法，不同频率引力波反映了宇宙的不同时期与不同的天体物理过程。“太极计划”探测频段基本覆盖欧空局LISA引力波探测频段（0.1赫兹至1.0赫兹），并在0.01赫兹至1.0赫兹频段比LISA具有更高的探测灵敏度。我国空间引力波探测研究对象囊括了由近到远、由小到大极为丰富的引力波源，探测范围可以覆盖整个宇宙空间。

由于引力波信号极其微弱，实施空间引力波探测挑战巨大，需要突破目前人类精密测量和控制技术的极限。这里面所涉及的核心技术包括高精度超稳激光干涉仪、引力参考传感器、微牛级推进器、超稳超静卫星平台等。

根据“太极计划”，我国确定了“单星、双星、三星”“三步走”的发展战略和路线图，并于2018年8月立项实施“太极计划”单星工程任务，启动了“三步走”中的第一步：发射“太极一号”卫星，对核心技术的可行性和实现途径进行在轨验证，继而形成在空间探测引力波的技术能力。

时光不负情深。“太极一号”科研团队全力以赴、攻坚克难、勇于突破、协同创新，在不到一年时间内完成了卫星研制任务。8月31日，我国首颗空间引力波探测技术实验卫星——微重力技术实验卫星“太极一号”成功发射。

“卫星在轨测试正按计划有序开展，目前卫星状态正常，第一阶段在轨测试任务顺利完成。”吴岳良介绍，我国成功迈出了空间引力波探测的第一步，实验结果验证了“太极计划”技术路线的正确性和方案的可行性。

太极计划

根据“太极一号”第一阶段在轨测试和数据分析结果，激光干涉仪位移测量精度达到百皮米量级，百皮米相当于一个原子直径的大小；引力参考传感器测量精度达到地球重力加速度的百亿分之一量级，这意味着可以测出一只蚂蚁推动“太极一号”卫星产生的加速度；微推进器推力分辨率达到亚微牛量级，这表示可以精细调节一粒芝麻重量万分之一大小的推力。

如此苛刻的测量精度只为发现引力波的踪迹。按照引力波测量原理，引力波经过时会引起自由悬浮的两个测试质量（理想情况下可以看成两个质点）之间的光程变化。科学家们正是通过激光干涉仪来测量这个光程变化，从而来反演引力波信号。

但由于引力波信号极其微弱，因此会带来两个问题：一是引力波引起的光程变化非常小，因而对激光干涉仪的测量精度提出了极高要求。二是如果测试质量暴露在外太空，受到太阳光压、太阳风等因素扰动，测试质量会产生扰动加速度，从而产生位移噪声，很容易把引力波信号淹没。因此，科学家们将测试质量保护在卫星中心，与卫星没有直接物理接触，使其不受外界扰动，测试质量就会处于自由漂移状态。

但如此一来，外界扰动就会作用在卫星上，使卫星产生位移扰动，时间一长，卫星与测试质量会碰撞到一起。怎么办？科学家们通过位移传感器（电容位移传感或者光传感）时刻读出卫星和测试质量之间的位移变化，反馈给安装在卫星上的微推进器，微推进器会产生准确且稳定的推力，将卫星受到的外界扰动力补偿掉，从而始终保持测试质量和卫星间的位移处于平衡状态。