空間激光干涉測距系統研究獲進展

　　空間引力波探測和地球重力場空間測量兩大科學計劃具有重大科學意義和廣泛的應用價值。空間引力波探測不僅可以檢驗愛因斯坦廣義相對論，還可開啟一個觀測宇宙早期的新窗口；而先進重力場測量將為人們研究陸地水循環、冰川變化、海洋環流及大氣循環等地球大質量時空分布、變化與遷移現象提供有效的分析依據。這兩大科學計劃的核心技術即是激光干涉測距系統，用以獲得由空間引力波擾動或重力場異常所引起的星間距變化。空間引力波探測要求在百萬公里量級的衛星間，獲得皮米量級的位移測量精度；而對于地球重力場空間測量，也要在百公里量級的衛星間獲得納米級的測距精度。這無疑是目前測量學的重大挑戰。

　　2008年，由中國科學院力學研究所國家微重力實驗室牽頭，聯合中科院理論物理研究所、中科院物理研究所、中科院武漢物理與數學研究所、華中科技大學、中國東方紅衛星股份有限公司等，組建了中科院空間引力波調研論證組；2009年，中科院將空間引力波探測列入中科院2050中長期發展規劃；2011年，美國NASA退出“LISA”計劃，ESA尋求中國20%的合作，其中皮米精度的激光干涉儀列為中國可能貢獻的載荷之一；2012年，為響應國際同行的合作倡議，由力學所和中國科學院大學牽頭成立了中科院空間引力波探測工作組。

　　為配合和推進空間引力波探測等科學計劃的落實，力學所承擔了激光干涉測距系統方法學篩選(Chinese Physics Letters，2012，29(7)079501-3)和地面模擬系統的研制。在中科院空間中心戰略先導項目和中科院科研裝備研制項目的支持下，科研人員突破國際技術封鎖和關鍵器件禁運，成功地設計出集消除噪聲與精密測距等多功能的激光干涉儀光路，以及多元抑噪的方案，研制出測距精度優于100pm/Hz1/2的激光干涉儀；采用數字鎖相環技術（DPLL）和現場可編程門陣列(FPGA)等硬件平臺，研制出檢相精度優于2π×10-5rad/Hz1/2的高精度相位計(Rev. Sci. Instrum. 2014，85，024503)；采用差分波前檢測技術和相敏型指向敏感器，發展了指向控制精度達10nrand/Hz1/2的激光指向控制模擬系統 (Rev. Sci. Instrum. 2014, 85, 074501)；利用電光相位調制器、鎖相控制模塊等建立了鎖相精度優于2π×10-4rad/Hz1/2的激光鎖相控制模擬系統；同時，申請了多項技術發明ZL；成功構建了空間激光干涉測距地面模擬裝置。這標志著我國在空間精密測距技術領域邁出了堅實的一步，積累了寶貴的知識和經驗，奠定了技術基礎。

　　該項目近日通過了由中科院組織的專家組驗收。

空間激光干涉測距地面模擬裝置外觀