中国科学院在中国酒泉卫星发射中心发射了一颗名为“太极一号”的卫星,这是中国第一颗空间引力波探测技术实验卫星,主要任务是实现关键技术验证,为实现空间引力波检测奠定基础。
寻找引力波犹如大海捞针一样困难 一个世纪前,爱因斯坦根据广义相对论预测了引力波的存在。但是,直到2015年,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)才在地面上检测到引力波信号。三位美国科学家也获得了2017年诺贝尔物理学奖。 国际上也普遍认为,只要有人能够探测到太空中的引力波并获得更多频段的引力波信号,他们还可以获得诺贝尔奖。 为什么检测引力波这么困难?引力波是由剧烈运动以及物质和能量的变化引起的时空波纹,它们在传播过程中挤压或拉伸时空,就像水面上的涟漪一样,以光速向外传播。太空中的引力波信号非常微弱,目前最好的方法是使用光学装置,通过检测相隔数百万公里的两个自由漂浮物体之间的距离变化来捕获引力波。
运用高速喷射的离子作为卫星发射动力 顾名思义,射频离子引擎依赖于吸收射频能量以??维持其等离子体能自我维持放电并产生推力的装置。 等离子体是我们所熟悉的自然界中物质的第四种状态,在生活中到处都可以看到它,例如荧光灯、霓虹灯、氙气灯和闪电。是一个离子化的“气体”,由离子、电子和离子化的中性粒子组成,整体是电中性的,但具有导电特性。 射频离子引擎将通过高压电场吸收并加速等离子体中带正电的离子,并以每秒几十公里的速度将其排出。根据牛顿第三定律,离子的高速喷射将产生反向推力,从而将卫星向前推动。当发动机喷射离子时,还需要一个能够喷射电子的装置(中和器)来中和喷射的离子,否则航天器将带电并危及航天器的安全。
中科院相关专家多次建立奇功 中国科学院力学研究所的微离子发动机产品研发团队,对射频离子发动机系统的工作原理进行了5年的深入研究,电路阻抗匹配、RF感应耦合放电到最终的RF离子引擎都可以稳定工作,已经仔细考虑了组件的每个细节。 2015年,该团队研发的第一套射频离子发动机RIT-4被成功点燃,此后,研究小组根据不同的推力范围要求开发了一系列射频离子发动机原型,并分别开发了RIT-2,RIT-2.5和RIT-5。 依靠多年的RF离子发动机研究基础和宝贵的航空工程经验,研发团队于2018年8月承担了开发“太极一号”卫星RF离子微推进系统的重要任务,并有时间限制一年。
传统的太空飞行任务通常需要三到五年,甚至更长的时间,直接完成满足不成熟原型的航空航天标准的飞行原型需要一年的时间,对于人员有限的研发团队而言,这是一项非常艰巨的任务。 但是,对于中国航空航天工业的发展以及国家重大的引力波探测特殊项目的顺利实施,中国科学院力学研究所微重力重点实验室坚决接受了这个几乎不可能完成的任务。