测得最准地月距离,激光测距台站立功
测得最准地月距离,激光测距台站立功
近日,中山大学珠海校区凤凰山顶的“天琴计划”激光测距台站成功测得月球表面五组反射镜的回波信号,精度达到国际先进水平。这一突破标志着中国成为世界上第三个掌握全部五面反射镜测距技术的国家,展现了中国在空间探测领域的重大进展。
“天琴计划”激光测距台站由一个口径为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、一个激光测距精密光学系统等核心部件组成,堪称测量地月距离的科技利器。
据天琴中心副主任、该项技术负责人叶贤基教授介绍,地月距离约为38万公里,地月激光测距的基本原理是从地面测距台站的望远镜上发射高度同向性脉冲激光束,照射放置在月球表面的反射镜,通过接收反射回来的激光信号并计算发送与接收时间差,从而精确计算出地月之间的距离。这一技术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补充道,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,确保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重要优势之一。
自1969年美国宇航局阿波罗11号首次在月球放置激光反射器以来,人类陆续在月球表面部署了五个激光反射器。其中,阿波罗15号放置的反射镜阵列面积最大,约0.3平方米,包含近140个角反射镜。然而,由于地球大气层散射、月面极低反射率等多重挑战,从地球发射的激光光子在往返地月过程中损耗极大,完成10次地月之旅后,通常只有一个光子能成功返回。50年来,人类仅获得1.8万个有效光子数据。
在过去的几十年里,仅有法国格拉斯测站、意大利马泰拉测站以及美国阿波罗测站能够进行常规激光测月。2014年,中国科学院院士罗俊提出以中国为主导的国际空间引力波探测计划——“天琴计划”。地月激光测距技术作为“天琴计划”的关键技术之一,不仅对月球基础科学研究、太空安全、空间碎片和深空目标探测等领域具有重大应用价值,还为“天琴计划”的实施提供了重要技术支持。
2018年1月22日,中国科学院云南天文台首次成功接收月球激光测距回波信号,实现了中国人首次精确测量地月距离的突破。随后,“天琴计划”科研团队于2019年6月首次测得地月距离,并在接下来的几个月里成功测得月面上所有五面反射镜的回波信号,进一步验证了地月激光测距技术的稳定性和成熟度。
2019年12月20日,长征四号乙运载火箭在太原发射中心成功发射,其中包括“天琴一号”技术试验卫星。作为“天琴计划”的首颗技术验证卫星,“天琴一号”的成功升空标志着中国正式开启空间引力波探测技术探索计划。根据规划,“天琴计划”将在地球轨道上部署三颗卫星,形成一个臂长达十几万公里的等边三角形编队,构建空间引力波探测“天文台”,所获观测数据将主要用于开展引力波、宇宙学、天文学等方面的基础科学研究,并有望向全球科学家开放。