中國「太極計劃」引力波探測干涉儀光學平台獲重要突破

dalap

【本報綜合訊】記者9日從中國科學院力學研究所獲悉，繼2019年「太極一號」干涉儀成功在軌驗證後，該所引力波實驗中心團隊最近又針對「太極計劃」對超高精度激光干涉測量的需求，首次設計並實現適用於「太極計劃」的全功能光粘干涉儀光學平台。

與此同時，研究團隊完成了該平台系統的地面性能測試和噪聲評估，從而為「太極計劃」引力波探測的干涉儀工程化鋪平了道路。

中國科學院力學所介紹，「太極計劃」是由中國科學院提出的空間引力波探測方案，中國科學院院士吳岳良擔任首席科學家。該計劃利用3顆衛星組成臂長300萬公里的激光干涉儀，探測頻率範圍為0.1毫赫茲到1赫茲頻段的引力波信號。這要求干涉儀具備皮米級的測距精度，並對環境控制、儀器性能和噪聲分析提出了前所未有的挑戰。

為滿足百萬公里級臂長和皮米級測量精度的實際需求，研究團隊首先明確干涉儀模型需要具備的各項功能及對應的指標要求，並據此設計出一套全功能干涉儀光學平台。該平台創造性採用「正反分離」的三維佈局，有效隔離熱源對光路的影響，顯著提昇了系統在空間環境中的熱穩定性。同時，該設計兼容與望遠鏡、慣性傳感器的垂直光束連接，功能完整性高。

依託中國科學院力學所懷柔園區的皮米精度激光干涉平台，研究團隊對首次設計並實現全功能光粘干涉儀光學平台進行了全面的穩定性測試和噪聲評估。其中，研究團隊針對噪聲源研發出一套數據後處理抑制方法，實現干涉儀靈敏度曲線將目標頻段的系統穩定性提高了一個數量級，使其性能滿足「太極計劃」空間引力波探測任務對干涉儀系統的指標要求。

研究團隊表示，本項研究是「太極計劃」干涉儀系統由原理樣機向工程樣機轉換的重要里程碑，不僅驗證了全功能光粘干涉儀光學平台的技術可行性，還為後續「太極計劃」更高精度的噪聲消減工作提供了理論依據與數據支撐。