“天琴计划”引力波探测范围更广、内容更多
广州日报记者徐静: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。
图1天琴空间引力波探测实验示意图。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。
