中国科学家攻陷地月激光测距技能

 
 
中国科学家攻克地月激光测距技术  
 

 

位于中山大学珠海校区的“天琴计划”激光测距台站

 

 

近日，中国科学院院士罗俊在接受《中国科学报》记者采访时表示，中山大学“天琴计划”激光测距台站成功测得了月球表面上五组反射镜的回波信号，测出国内最准的地月距离，且精度达到国际先进水平。这意味着中国科学家攻克了地月激光测距技术，至此，中国成为世界上第三个成功测得全部五个反射镜的国家。

 

5月25日，记者在中山大学珠海校区的“天琴计划”激光测距台站内看到，一个口径为1.2米的反射式望远镜、一个工作温度在零下200多摄氏度的多通道超导单光子探测器、一个高重频短脉冲固体激光器、一个激光测距光学平台等核心部件，组成了可以测出地月距离的科技“利器”。

 

据介绍，地月激光测距技术是一项综合技术，它涵盖大型望远镜、脉冲激光器、单光子探测、自动控制、空间轨道等多个学科领域。我国于上世纪70年代起就具备卫星激光测距能力，但技术水平仍不能进行地月距离的激光测距。

 

2014年3月，“天琴计划”由罗俊提出“天琴”空间引力波探测计划，旨在通过引力波探测进行天文学、宇宙学及基础物理前沿研究。“天琴计划”的基本方案是于2035年前后在约10万公里高的地球轨道上，部署三颗全同卫星构成边长约为17万公里的等边三角形编队，建成空间引力波探测天文台，开展空间基础科学前沿研究。

 

考虑到我国现有的技术水平离空间引力波探测实际需要和国际前沿还有较大的差距，在部分核心技术指标上还有量级的差距。为此，“天琴计划”提出“0123”技术路线图来稳步推动所需的核心关键技术走向成熟。其中，第“0”步就是开展地月激光测距实验，获得对天琴卫星的高精度测距能力，为天琴卫星的高精度定轨提供技术支撑。

 

天琴中心副主任、该项技术负责人叶贤基教授介绍，地月距离在38万公里左右，地月激光测距基本原理就是从地面测距台站的望远镜上，将高度同向性脉冲激光束射向放置在月球表面的反射镜，反射镜发射该激光信号再通过地面台站的望远镜接收，通过发送、接收时间差计算出地月之间的距离，地月激光测距是目前人类历史上最远距离的激光测距实验，也是目前地月距离测量精度最高的技术手段。

 

天琴中心工程师韩西达介绍，地月激光测距技术将为未来发射的天琴卫星提供厘米级精度的精确定位，使天琴卫星能够精准进入指定轨道，这也是基于地球轨道的“天琴计划”进行空间引力波探测的优势之一。基于太阳轨道的空间引力波探测方案，因为其卫星距离地球超过5000万公里，基本不太可能利用激光来进行定位。

 

2015年开始，中山大学“天琴计划”科研团队启动月球激光测距任务，并得到国家航天局和国家自然科学基金委应急项目的支持。叶贤基介绍，通过与中国科学院云南天文台合作，升级昆明的卫星激光测距系统，于2018年1月22日首次测出地月距离。这是中国人首次成功利用激光精确地测量地球距月球的距离，也使我国成为世界上第五个实现地月激光精确测量的国家。