中山大學天琴中心：“六年里，兩大步”

天琴計劃激光測距臺站。中山大學 供圖

中山大學天琴中心。中山大學 供圖

“六年間，天琴計劃‘0123’四個階段中的前兩個階段，任務已經全部完成，而且取得了超預期成果。”中國科學院院士、中山大學天琴中心主任羅俊說，“六年里，天琴計劃還吸引了一批國內外立志科研報國的青年人才，為中國自主空間引力波探測技術的攻關坐冷板凳、銳意進取。”

成立于2016年4月10日的中山大學天琴中心近日迎來了六周年的生日。六年里，他們走完了這項大科學計劃的前兩大步，大步快跑的背后是中山大學天琴團隊敢于趟進科學無人區，面向基礎科學前沿研究不懈奮斗之時不我待。

多項關鍵技術完成地面驗證

天琴計劃是中國自主空間引力波探測計劃，由羅俊院士于2014年3月正式提出。它在國際上首創地心、垂直黃道面的軌道方案，是 “中國方案”“中國智慧”。

根據天琴計劃，將于2035年前后在約10萬公里高的地球軌道上，部署三顆全同衛星構成一個邊長約為17萬公里的等邊三角形星座，建成一個在太空中進行引力波探測的空間引力波天文臺，開展引力波源探測。天琴計劃有望回答事關自然和宇宙的根本問題，帶來科學的革命，同時也帶來我國空天技術的系統性創新。

為此，天琴團隊提出了“0123”技術路線圖，分階段推動關鍵技術實現，其中第“0”步開展月球激光測距實驗，為天琴衛星的高精度定軌提供技術支撐，第“1”步開展單星試驗，對高精度空間慣性基準技術進行在軌試驗驗證，第“2”步開展雙星試驗，對星間激光干涉測量技術進行在軌試驗驗證，最后第“3”步發射天琴三星，進行引力波的空間探測和長期科學值守。

面對這個宏大的計劃，天琴團隊一直在以奔跑的速度前進。

2019年6月8日，珠海鳳凰山頂，剛剛建成三個月的天琴計劃激光測距臺站傳來好消息：成功獲得月面發射器回波信號。天琴團隊一鼓作氣，到11月歷史性地測到了月面上全部五個反射鏡信號，使我國成為繼美國、法國后世界上第三個成功測得全部五個月球反射鏡的國家，實現了中國人30年測月的突破。

這是天琴計劃的第“0”步，旨在解決未來三顆衛星的厘米級精確入軌問題，“但作用遠遠不止于此。”中山大學天琴中心教授葉賢基說。

月球激光測距技術，還可以處理很多太空事務。葉賢基說，“激光測距實現了遠距離和高精度的目標，這項技術還可以應用于衛星探測、空間碎片定位、鎖定深空目標、太空實驗室建設等等。”

天琴速度仍在繼續。相隔一個月，天琴計劃的第“1”步迎來重大進展：2019年12月20日，搭載“天琴一號”衛星的長征四號乙運載火箭沖上云霄。

“這意味著中國醞釀近20年、正式提出5年多的天琴空間引力波探測計劃，正式進入太空試驗階段。”羅俊說。

半年后的2020年5月，全國兩會上，羅俊院士對外公布了 “天琴一號”的“成績單”：所有技術指標全部優于任務要求，達到國內同類技術的最高水平，這些技術聯合起來實現了高精度慣性基準建立的任務目標。

譜寫基礎研究的創新速度

2022年3月，“天琴一號”衛星再次傳來喜訊。它在軌運行期間還獲得全球重力場數據。

這是我國首次使用國產自主衛星測得全球重力場數據。此前該項技術一直為美國和德國所壟斷，“天琴一號”使得我國成為世界上第三個有能力自主探測全球重力場的國家。

中山大學測繪學院教授鐘敏說：“地球重力場數據對國計民生具有重大戰略意義，能服務于大地測量、地球物理、油氣資源勘探、防災減災、國防安全等領域。”

這種基礎研究同步帶動關鍵技術突破和應用的模式，被天琴團隊形象地稱為——“沿途下蛋”。“一方面分階段推動我國空間引力波探測關鍵技術走向成熟，并最終實現目標。”中山大學天琴中心常務副主任涂良成說，“另一方面各步驟任務有自己的科學產出或重大應用，服務國家國防安全、資源勘探和經濟發展等。”

“六年兩大步”速度背后，是羅俊團隊30多年在引力物理研究領域的持續耕耘。他們的成功密碼是什么？

“歸根結底是中國的發展，是黨和國家對基礎研究創新的持續支持！”羅俊說，高水平科技自立自強越來越成為廣泛社會共識，從國家到多個部委、從廣東省、珠海市等地方到東方紅衛星公司等企業，無不以強烈的使命感、責任感在推動中國自主空間引力波探測計劃的實施。同時，中山大學作為高校牽頭這樣的基礎研究創新項目，又具備人才、學科和歷史積淀等多方面不可替代的優勢。

據了解，上世紀70年代，中山大學引力物理研究室已經建設了常溫共振型引力波天線，測量靈敏度被認為是當時國際同類引力波天線的最高水平之一。

今天，天琴計劃團隊已經匯集中山大學和華中科技大學等單位的優勢力量，整合多個省部級研究基地和平臺，形成一支由院士領銜500余人的科研團隊，吸引國內20多個單位加入“天琴朋友圈”，與8個國家和地區的科學家簽訂合作協議。

“我們心中一直有一個夢，希望中國的引力波研究有一天可以做出世界級影響的成就。這個夢從上世紀80年代做到現在，部分夢想已經成為現實。我們還在不停地追夢，天琴計劃的第‘2’步已經立項，我們充滿信心。”羅俊說。