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天琴空间引力波探测计划:3月20日启动基础设施工程建设。

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中新网珠海3月20日电 (许青青)中山大学、珠海市政府20日在中山大学珠海校区联合启动“天琴计划”基础设施工程建设。当日的奠基仪式是在“天琴计划”主要基础设施所在地——中山大学珠海校区沕水湖畔举行,这里将是通向“天琴计划”凤凰山顶天文台上山公路起点。

  “天琴计划”是由中山大学牵头的中国空间引力波探测工程。“天琴”将由三颗全同卫星(SC1,SC2,SC3)组成一个等边三角形阵列,三颗卫星互相之间用激光进行联系,与地球一块绕太阳运行。它将探测一个距离地球16000光年、周期仅有5.4分钟的超紧凑双白矮星系统所产生的引力波。

  根据此前的计划,“天琴计划”的基础设施大部分将位于珠海市的中山大学珠海校区。总体将分两期进行,本次仪式是第一期工程开工奠基,建设项目包含30000平方米的科研综合楼、10000平方米的山洞超静实验室、凤凰山顶5000平方米的集科研、教学、科普于一体的多功能观测台站,以及上山公路等。

  中山大学校长、中国科学院院士、“天琴计划”牵头人罗俊介绍,目前,中山大学天琴研究中心正在“引力理论与实验分析”、“卫星平台与控制”、“精密光学测量与遥感”、“地月系统物理实验”等方面组建大科研团队。

  他表示,“天琴计划”在充分分析国际国内形势的基础上,制定了切合中国实际的发展规划来开展空间引力波探测研究。这是一个可以由中国科学家主导的国际合作项目,可以集聚全世界最优秀的科学家朝着同一个目标努力;“天琴计划”的推动也将使中山大学成为国际上引力波探测与空间精密测量领域的学术研究重镇之一。(完)


广东:“天琴计划”基础设施工程建设启动


        广州日报记者徐静:2016年2月20日,“天琴计划”推进实施研讨会在中山大学举行。中山大学校长罗俊教授介绍,“天琴计划”将会是中国主导的首个国际合作大型科学技术项目。“天琴计划”为大型引力波探测计划。不久前,美国科学家宣布发现引力波,为何还要推进“天琴计划”?罗俊说,天琴会比美国的探测范围更大,也能探测更多的内容,而且美国的结果没有观测证实,引力波研究还有太多工作要做。

一、“天琴计划”概况

        我国科学家于2009年10月和2011年8月分别召开第332次和403次香山会议,就引力波探测的相关理论与实验工作进行了深入的讨论,并先后提出ASTROD和ALIA空间引力波探测计划。其中,ASTROD计划瞄准10-3~10-5Hz的引力波,干涉仪臂长为3×108公里,是一个技术难度比LISA还高的空间任务概念。ALIA采取与LISA完全相同的轨道与天线构型,只是干涉仪臂长缩短10倍,探测引力波频段也提高10倍。

      “天琴计划”具体由中山大学校长、中国科学院院士罗俊教授团队领衔。2015年1月在接棒中大校长之前,罗俊一直在华中科技大学从事物理学研究,其引力实验室也被外国专家称为“世界的引力中心”,并完成了“天琴计划”的一些关键技术的储备。例如,星间激光测距技术,就是在两颗星之间用激光干涉的方法精确测量距离,同时还积累了10多年的惯性传感器技术,曾在2006年搭载卫星进行试验,2013年第二次卫星搭载。

       天琴计划的出发点是切实根据我国的技术能力实际和未来几十年的发展前景,提出我国自主开展空间引力波探测的可行方案。根据计划,天琴将像LISA一样,采用三颗全同的卫星构成一个等边三角形阵列,每颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的检验质量。三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴,故命名为“天琴计划”。卫星上将安装推力可以精细调节的微牛级推进器,实时调节卫星的运动姿态,使得检验质量始终保持与周围的保护容器互不接触的状态。这样检验质量将只在引力的作用下运动,而来自太阳风或太阳光压等细微的非引力扰动将被卫星外壳屏蔽掉。高精度的星间激光干涉测距技术将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上检验质量之间的细微距离变化,从而获得有关引力波的信息。与LISA或eLISA不同的是,天琴的卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行,针对确定的引力波源进行探测。这样的选择能够避免测到引力波信号却无法确定引力波源的问题,而且有望帮助节约大量卫星发射方面成本。天琴的实验技术方案会在未来的研究中进一步优化。

         天琴实验本身将由SC1,SC2,SC3三颗卫星组成,卫星本身作高精度无拖曳控制以抑制太阳风、太阳光压等外部干扰,卫星之间以激光精确测量由引力波造成的距离变化。RX J0806.3+1527是一个周期仅有5.4分钟的超紧凑双白矮星系统,它产生的引力波将是天琴一个重要探测对象。我们选择天琴三颗卫星的轨道面,使它正对RX J0806.3+1527,从而获得最大的响应。

二、“天琴计划”分阶段时间表

       空间引力波探测带来了前所未有的技术挑战。它首先要求三颗卫星非常精确的进入一个预先选定的轨道,之后卫星的姿态控制要求到0.05°级别,卫星核心区域的温度涨落小到10-6度级别,激光测距的精度要求做到10-12米级别,扰动抑制要求做到地球表面重力加速度的10-16倍。为了稳步实现这些目标,整个天琴计划将以若干技术先导实验项目为依托,采取分步实施的发展方案。

0颗星 - 为了满足天琴卫星对入轨精度的要求,天琴计划将首先发展月球和深空卫星激光测距技术,帮助实现对天琴卫星毫米级的定轨精度;

1颗星 - 空间等效原理检验实验:利用一颗卫星在约700公里的轨道高度上将等效原理的检验提升到10-16水平;

2颗星 - 下一代重力卫星实验:利用两颗卫星在约400公里的轨道高度上、借助激光测距对全球重力场进行高精度测绘;

3颗星 - 天琴空间引力波探测实验:探测引力波。

          以上四项内容构成了目前天琴计划的主体,根据每项任务需要的卫星数目,也称之为“0123”计划。

总体规划上,天琴计划预期执行期为2016-2035年,分四阶段实施:

2016-2020年:完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验所需关键技术研发。主要研发成果包括:新一代月球激光测距反射器、月球激光测距台站、高精度加速度计、无拖曳控制(包含微推进器)、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距技术等;

2021-2025年:完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机,并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星。主要研发成果包含:超静卫星平台、高精度大型激光陀螺仪、以及进一步提高加速度计、无拖曳控制(包含微推进器)、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距等技术;

2026-2030年:完成空间引力波探测关键技术,完成卫星载荷工程样机;

2031-2035年:进行卫星系统整机联调测试、系统组装,发射空间引力波探测卫星。

三、“天琴计划”启动情况

        “天琴计划”的发展将以在中山大学珠海校区建设天琴计划综合研究设施为重要内容。我们将发展空间引力实验关键技术为导向,在引力理论与实验分析、卫星平台与控制、光学测量与遥感、地月系统物理实验四个方面展开系统研究,培育大科研团队。预期通过5年时间的发展,凝聚100人以上的科研队伍,同时积极向国家申请建立“天琴计划国家重大科技基础设施项目”。预期建成以后可以使中山大学成为我国空间引力科学最重要研究中心。

         天琴计划综合设施的第一期工程包括3万平方米的天琴综合研究大楼、1万平方米的山洞超静实验室、位于凤凰山山顶的5千平方米教学、科研、科普多功能观测站。目前珠海市政府已投入约3亿元经费启动天琴计划基础建设,主要负责山洞实验室的挖掘、多功能观测站的站址土地平整和上山道路的修建。综合研究大楼、山洞超静实验室的洁净实验室工程、多功能观测站的基建工程以及各种仪器设备将另外寻求资金渠道支持。

四、“天琴计划”的科学价值

          引力波有望为人类描绘一幅全新的宇宙图像,有望对天文学和宇宙学带来深远的影响。引力波的实验探测有助于在极端条件下研究引力理论、研究剧烈的天体物理过程和极端致密天体的物质特性、探索超大质量黑洞和星系的形成、甚至提供有关极早期宇宙和量子引力的部分信息等。通过积极开展空间引力波探测实验,一方面可以帮助我国空间探索技术走向世界前列,另一方面相关技术也可以在国民经济和国家安全方面发挥重要作用。

        “天琴计划”用15年—20年的时间发射卫星上天,实施时间比较长,因此需要各方有足够的耐心。国外的“LISA计划”也预计于2034年发射卫星升空。两个计划在时间上接近。天琴的实验技术方案会在未来的研究中进一步优化,以实现其科学价值最大化。

        未来引力波的探测,中国应该有一席之地,有自己的引力波探测平台,有自己的引力波天文台。不管国外是否探测到,中国科学家都要行动起来。由于“天琴计划”重要且庞大,应该是一个国家计划的科研行为,希望得到国家层面的支持,目前国内已有十多个大学和研究院所参与了“天琴”的工作。

        “天琴计划”还是一个国际合作项目,将成为中方牵头的国际合作项目。目前,LISA计划课题组的几位核心成员非常愿意开展合作,来自德国、意大利、法国的顶尖教授也希望成为合作者或者顾问,俄罗斯莫斯科大学几位教授已经参与合作。

        “天琴计划”不为功利,但也可能是最大的“功利”,将有非常明显的技术创新的引领作用。同时,“天琴计划”将与国际上顶尖的科学家、顶尖的科研技术部门进行交流,汇聚全世界最尖端最好的技术,改变中国在国际科技界的形象。

      “天琴计划”不仅仅是基础研究,“天琴计划”发展起来的关键技术可用于很多领域,如精确测量地球重力场,使人类更加深刻地了解地球、水资源和矿产资源的分布和变化。又如精确测量距离,大到两颗卫星之间的距离,小到一个原子尺度的变化,都可以精确测算出来。


三颗探测器的绕地轨道高度为10万公里

http://arxiv.org/pdf/1512.02076v1.pdf


     10月29日,广东中山大学与中国空间技术研究院下属航天东方红卫星有限公司签署合作协议,共建“引力卫星联合创新中心”,由副校长马骏与航天东方红卫星有限公司总经理葛玉君分别代表双方签约。同时,还聘任中国空间技术研究院副院长、国际宇航科学院院士李明研究员为兼职教授,校长罗俊为李明颁发了聘书。航天东方红卫星有限公司副总经理张晓敏、战略与研发管理部部长马林,校长助理夏亮辉,天文与空间科学研究院院长李淼、副院长何振辉,研究院教授及相关部门负责人等出席了签约仪式。

本着“强强联合、优势互补、探索创新、互利共赢”的合作原则,引力卫星联合创新中心将聚焦概念创新和重大科学计划,共同致力于空间引力探测领域新概念、新系统、新技术和新产品的研究、生产和应用等全流程工作,共同构建产学研联盟的创新体系,建立产学研长期合作关系,有力推动我校在航天领域的学科建设和人才培养。


      7月23日,中山大学发布招聘启事,在中山大学珠海校区建设“天琴计划”所需的地面研究基础设施,并以此为基地开展国家大科学工程项目。招聘方向包括引力理论、空间引力实验和精密测量技术,其中需要在星间激光测距技术、无拖曳控制技术、月球激光测距技术、系统模拟与分析、卫星微推进技术等五个领域招聘团队负责人。

       中山大学正在组建研究小组开展我国空间引力波探测计划任务的预先研究,制定我国空间引力波探测计划的实施方案和路线图,提出“天琴”空间引力波探测计划,并开展关键技术研究。

        中山大学天文与空间科学研究院院长李淼透露,“天琴计划”将需要100人左右的教师团体,四五百人左右的研究、工程技术人员以及博士后。

        天琴计划主要将分四阶段实施:第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施;第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证,以及空间等效原理实验检验;第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证,以及全球重力场测量;第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术,发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。  完成全部四个子计划,大约需要20年的时间,投资大约150亿。

       在中山大学珠海校区建设“天琴计划”所需的地面研究基础设施,并以此为基地开展面向国家重大需求和科学基础前沿的国家大科学工程项目。其中山洞超静实验室和激光测距地面台站基础设施建设已经启动,部分关键技术研究也已经有具体进展。天琴计划的推动将使中山大学将成为国际上引力波探测与空间精密测量领域的学术研究重镇之一,并成为推动后续一系列空间精密测量物理实验的研究基地。


第二届天琴空间科学任务研讨会于中山大学珠海校区举行

       5月17日,第二届天琴空间科学任务研讨会在我校珠海校区伍舜德国际学术交流中心拉开序幕。中国科学院力学研究所胡文瑞院士,中国科学院武汉物理与数学研究所叶朝辉院士,中国科学院院士、我校罗俊校长,珠海市龙广艳副市长,我校马骏副校长等出席会议。来自俄罗斯莫斯科大学、中国科学院数学与系统科学研究院、北京师范大学、重庆大学、航天东方红卫星有限公司、中国科学院测量与地球物理研究所、中国科学院力学研究所、中国科学院理论物理研究所、中国计量研究院、中国科学院紫金山天文台、上海微小王星工程中心、中国科学院武汉物理与数学研究所、华中科技大学以及我校的专家学者近50人与会。

中国科学院院士、我校罗俊校长在第二届天琴空间科学任务研讨会上致辞

        会上,罗俊回顾了第一届天琴空间科学任务研讨会的重要议题,表示将在珠海校区建设空间精密测量实验室和天文台站,并且将开放部分设施作为科普教育基地,向珠海市民开放。天琴空间科学任务的实施将为国家在空间精密测量领域培育人才,提升中山大学在空间科学与技术的科研学术水平,也将为珠海市在尖端科技研究和产业方面再添一笔耀眼的成绩。罗俊希望,与会专家学者们通过深入探讨,形成切实可行的计划,为天琴空间科学任务贡献智慧。他欢迎各位与会专家学者加入中山大学,来到珠海校区,参与天琴空间科学任务,在这座美丽的海滨城市工作、学习与生活。

珠海市龙广艳副市长在第二届天琴空间科学任务研讨会上致辞

  龙广艳对此次研讨会选择在珠海举行感到高兴,对罗俊履职校长以来为中山大学与珠海市合作所作的努力表示感谢,更为天琴空间科学任务落户珠海深感荣幸。龙广艳表示,珠海是中国第一大宜居城市,正努力成为世界宜居城市。同时,珠海一直致力于城市规划、环境保护、法治与创新等方面的建设。珠海与香港一海之隔,与澳门陆地相连,建设中的港珠澳大桥将使珠海与外界沟通更为便捷,并吸引世界的关注,而天琴空间科学任务的落户,将引起全世界对珠海的特别关注。珠海市政府将为“天琴”计划的发展提供大力支持。

        据悉,第二届天琴空间科学任务研讨会为期三天,由华中科技大学主办、我校承办。该研讨会将正式启动天琴计划的立项申请工作。


2014年第一届天琴空间科学任务研讨会顺利召开!

        第一届天琴空间科学任务研讨会于12月8日至9日在华中科技大学引力实验中心召开。有来自莫斯科大学、中科院、中科大、紫金山天文台、东方红卫星公司、华中科技大学等40余位专家学者参与研讨。

        天琴空间科学任务概念于2014年3月被提出,主要科学目标是直接探测爱因斯坦广义相对论预言的引力波以及精确测定后牛顿参数。此次会议重点讨论天琴空间科学任务的科学目标、关键技术以及计划安排。

        会议开始由罗俊院士代表主办方对天琴任务进行基本介绍。罗院士简要论述了目前国际上关于引力波探测的实验进展,介绍了空间引力波探测LISA计划、ASTROD计划、BEACON计划的主要科学目标以及关键技术参数,最后讨论此次会议主题—天琴空间科学任务的两大科学目标:测量引力波和精确测定后牛顿参数。接下来的会议报告分别就引力波源、后牛顿参数测量、卫星轨道分析计算、关键技术研究以及对卫星平台需求和技术发展等方面,进行广泛而详细的讨论。会议最后阶段,各单位专家学者围绕天琴任务的未来进度安排、任务分工、国际合作等议题展开讨论,整个会议在热烈的氛围中圆满结束。


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