天舟一号:将在微米作用距离下验证牛顿万有引力定律

2017年04月21日21:38  来源:人民网-湖北频道
 

人民网武汉4月21日电 4月20日晚,中国海南文昌航天发射场,中国首艘货运飞船天舟一号正式发出。作为中国载人空间站工程的重要组成部分, “只运货,不送人”的天舟一号被称为“太空快递员”。此次,“快递小哥”不仅要完成与天宫二号交会对接的任务,还要在天上完成一系列科学实验。其中,来自华中科技大学引力中心的技术试验——“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”,将在天上完成一场奇妙的试验之旅。

华中科技大学物理学院引力中心白彦峥副教授亲临天舟一号发射现场。据白彦峥介绍,天舟一号虽然是货运飞船,但宝贵的空间实验机会不容浪费,搭载了不少科学实验载荷。其中,华中科技大学引力中心承担了“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”项目。说到将在太空中完成的“非牛顿引力实验检验”,大家也许会感到陌生,其实,这项技术的应用就在我们身边,很明显的就是磁悬浮列车。“非牛顿引力实验检验”拟利用微重力环境检验微米作用距离下物体之间的引力是否仍然满足牛顿万有引力定律,这是一个纯基础物理实验,对于统一四种相互作用、探寻新的相互作用等研究具有重要意义,该实验必须首先发展高精度的微弱力测量技术。为此,项目组发展了基于皮米级电容传感和微伏级静电控制技术的加速度计,称之为静电悬浮加速度计,该加速度计是非牛顿引力实验的技术基础。

本次空间实验目的就是利用天舟一号货运飞船的空间环境,对高精度静电悬浮加速度计进行在轨检验。

相对于传统弹簧连接式加速度计而言,静电悬浮加速度计精度高,技术难度大,目前也仅有法国等几个极少数国家掌握了其全部技术,对我们国家仍是严密封锁的。华中科技大学引力中心从2000年开始,经过了十五、十一五、十二五三个五年计划的连续攻关,从理论机理、关键技术、研制工艺、测试与标定等方面开展了系统研究,解决了其全部技术,最终研发出了具有自主知识产权的、不同测量精度的静电悬浮加速度计系列产品。在此期间,该项目组先后随实践和试验卫星开展了飞行实验,本次天舟一号加速度计水平进一步提高。

据介绍,本次验证的高精度静电悬浮加速度计装置如图所示,有两个设备组成,其中探头盒实现高精度加速度的测量,电控盒为探头盒提供电源保障和实现与卫星平台之间的数据通信功能等。

高精度空间加速度计作为弱力测量传感器或者惯性参考是空间引力实验必不可少的关键载荷之一。例如,美国地基激光干涉引力波探测器LIGO工作组在2016年两次报道探测到了两个黑洞并合时发出的引力波,引起了全世界高度关注,引力波探测及引力波天文学势必将成为新的科技制高点之一。空间引力波探测将利用数十万到上百万公里距离的多个航天器编队组网开展引力波探测,该波段具有更丰富的引力波源,成为了该领域研究热点之一。空间引力波探测中,需要更高精度测量和控制航天器的加速度扰动,需要达到10-15m/s2甚至更高,基于电容位移传感和静电反馈控制的惯性传感器成为首选的研制方案。

本次飞行实验将进一步为空间站开展“非牛顿引力实验检验”“空间等效原理实验检验”以及“空间引力波探测”等实验检验奠定基础。(郭婷婷 王潇潇)

(责编:周雯、周恬)

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