天琴计划

       天琴计划是罗俊院士于2014年提出的空间引力波探测计划，预期于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星座，建成空间引力波天文台，进行基础物理、天体物理及宇宙学的前沿研究。天琴的每颗卫星内部都包含完全悬浮起来的参考物体（称为检验质量），在引力波探测过程中精确测量卫星相对检验质量的运动偏差，并精确控制卫星使其跟随检验质量运动，从而抵消太阳风、太阳光压等因素造成的细微的非引力扰动，保证检验质量只在引力场的作用下运动，真实反映引力波的效应。高精度的激光干涉测量技术将被用来记录检验质量之间的细微距离变化，以获得引力波信号的信息。天琴卫星星座示意图见图 1。

图1 天琴卫星星座（由SC1，SC2，SC3三颗卫星组成）示意图

       天琴将打开10-4～1Hz频段的引力波的探测窗口，主要探测对象包括了从几倍太阳质量的恒星级黑洞到星系中心高达上千万倍太阳质量的大质量黑洞、银河系中大量的致密双星、邻近宇宙空间的恒星级双致密星、以及源于早期宇宙的引力波等。天琴有望提供大量无法通过其他探测手段获取的信息，包括不同红移距离上的致密天体信息，如高红移的大质量黑洞双星、银河系中的致密双星等的信息，对于揭示大质量黑洞的起源与成长历史、星系或星团核区动力学、恒星级致密星的天体物理、银河系双致密星的起源和演化、宇宙膨胀、引力与黑洞本质、早期宇宙及高能标物理等都有非常重要的意义，并有可能发现目前无法预料的新物理，将对天文学、物理学研究产生显著的推动作用。

       天琴计划的开展需要攻克一系列核心关键技术，包括建立高精度惯性基准、进行星间激光干涉测量、实现超静超稳卫星平台及大尺度编队飞行、实现引力波探测信号的辨识测量等，将能够推动我国高精度空间探测载荷及卫星技术跨越式发展，其技术进步在地球重力场测量等方面有重要的应用，具有重大的战略价值。

       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明显差距，在部分核心技术指标上还存在量级差距。为此，为了尽快攻克空间引力波探测关键技术，天琴计划制定了“0123”技术路线图，主要包括：
       第“0”步：开展月球激光测距实验，包括研制新一代激光测距角反射器和新建或升级激光测距台站，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。
       第“1”步：发射高精度空间惯性基准技术试验卫星，对高精度惯性传感、微牛顿级推进器、高精度无拖曳控制等核心技术进行在轨验证。
       第“2”步：发射星间激光干涉测量技术试验双星，对星间激光干涉测量技术进行在轨验证。
       第“3”步：发射天琴，进行引力波的空间探测。
       “0123”的名字来源于以上各个步骤的项目中所需专门研制的卫星数量。

       天琴计划的开展将推动我国高精度空间探测载荷及卫星技术快速发展，“0123”技术路线图各个阶段所取得的技术进步也在地球重力场测量等方面有重要的应用，具有重大的战略价值。

       中山大学于2015年启动天琴计划的推进工作，于2016年4月成立天琴中心，布局建设天琴计划载荷研究基地、天琴测距台站、天琴模拟台站等科研平台，按照“0123”技术路线图开展系列卫星项目，并开展广泛的国际合作。天琴中心围绕天琴计划研究需求成立了一系列研究室，以物理学、天文学等学科方向为依托，全面推进天琴计划的各方面研究工作。在教育部、科技部、国家航天局、广东省、珠海市等中央部门和地方政府的大力支持下，中心迅速发展壮大，并取得了一系列重要进展。

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