中國引力波探測應合力攻關 “太極計劃”進展順利

“當前，中國空間引力波探測計劃應盡快整合國內實力，開展聯合攻關，以及相應的國際合作。”在4月17日至18日舉行的香山科學會議第649次學術討論會上，會議執行主席之一、中國科學院力學研究所研究員、中科院院士胡文瑞在會議報告中呼吁。

《中國科學報》同時從此次會議上獲知，目前正在推進的空間“太極計劃”進展順利，預計2033年發射“太極探測星”，并計劃在2025年前后發射關鍵技術實驗雙星，驗證空間關鍵技術，其背景型號項目已獲科學院“空間科學(二期)”戰略性先導A科技專項的立項支持。

最好時代已經到來

引力波是時空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量，類似石頭丟進水里產生的波紋。1919年，愛因斯坦在廣義相對論中預言了引力波的存在。一個世紀以來，全世界科學家都試圖從實驗上觀察到引力波。

2016年2月美國LIGO(激光干涉引力波觀測站)宣布其兩個觀測站同時觀測到引力波。這是人類首次在實驗中直接觀測到引力波，成為引力波研究歷史上的重大突破，3位科學家因此獲得2017年諾貝爾物理學獎。

在科學家們看來，當前，LIGO直接觀測到引力波為后續研究的可行性提供了最有力的證據。

會議執行主席之一、中國科學院大學教授、中科院院士吳岳良告訴《中國科學報》：“引力波提供了有別于電磁波的一個全新的觀測宇宙的重要窗口，成為人類探索和認識未知世界的新的重要途徑和手段。”引力波攜帶著宇宙起源、演化、形成和結構的原初信息，使人類可通過引力波探測到基于電磁波天文望遠鏡所觀測不到的宇觀尺度和天體源，例如宇宙的黑暗時期、暗宇宙和黑洞等。

無疑，引力波研究的最好時代已經到來。

中科院率先布局

作為科研“國家隊”，中國科學院在國內率先布局引力波相關研究。

2008年3月，原中國科學院基礎局啟動了引力波領域前沿科學問題的部署，中科院空間引力波探測論證組成立。“考慮到引力波和微重力密不可分，有關引力波的前期研究被安排在中科院力學所國家微重力實驗室開展。”胡文瑞告訴《中國科學報》。和胡文瑞同時加入論證組的以中科院專家為主，也吸納了來自華中科技大學、東方紅衛星公司等單位的專家。

2010年5月，胡文瑞等專家在前期工作基礎上，形成一份《國家重大科技基礎設施中長期重點建設項目建議》，這成為全國首個空間引力波觀測的建議。這份建議書極具前瞻性，內容與當前正在開展的“太極計劃”相差無幾。“除了衛星編隊的距離當時提的是50萬公里，別的參數都差不多。”胡文瑞表示。

同一時期，歐洲空間局于1993年啟動的空間引力波探測“LISA計劃”，由于美國宇航局的退出，不得不將該計劃簡化為“eLISA”計劃，并尋找新的合作伙伴。

2011年，在首次eLISA聯盟會議上，我國科學家提出了中國空間引力波探測計劃，并從技術和科學目標考慮，優先選擇間距為300萬公里的正三角形衛星編隊，以太陽為中心落后或超前地球約20度進行繞轉。經多輪協商，中方提出以貢獻20%儀器設備的條件參加eLISA或者獨立研發三星組兩個方案。

“太極計劃”進展順利

2012年后，中科院空間引力波探測工作組在先導科技專項空間科學預先研究項目兩期的資助下，在引力波源理論及探測研究和衛星技術研究上取得了諸多進展。

2016年，中科院啟動了戰略性先導科技專項(B類)“引力波的多波段測量”，其中包括了空間引力波計劃。空間“太極計劃”也相繼走進大眾視野，計劃采用高精度星間激光干涉測距技術和無拖曳航天技術，瞄準中低頻段引力波進行探測和研究，由胡文瑞和吳岳良擔任該計劃首席科學家。

此次會議上，吳岳良介紹，“太極計劃”正在實施背景型號地面研究、雙星試驗性及發射太極三星的三步走戰略。“預計在2020年底完成第一步走，2021年至2025年間以‘太極探測星’項目完成關鍵技術空間驗證，2025年至2033年開展第三步走，實現三星探測計劃。”他說。

目前，“太極計劃”已初步掌握了超穩干涉儀、高精度相位計、高精度角位移敏感器、低噪探測器和超穩望遠鏡等關鍵核心技術及制作。

此外，在國內，中山大學于2015年提出空間低頻引力波探測的“天琴計劃”。目前公開資料顯示，該計劃將實施3顆衛星編隊繞地球軌道的方案。對此，專家認為，由于軌道噪聲、溫度變化、太陽陰影、科學測量時間不連續，選擇地球軌道方案風險較大，太陽軌道應是優先選擇的方案。

通過為期兩天的討論，與會專家認為，為保證我國引力波探測和引力波天文學研究工作持續有效地推進，應加強統籌謀劃部署，做好頂層設計和戰略布局。同時，應充分利用中科院在引力波理論、技術及工程方面的深厚基礎，成立引力波探測國際顧問委員會，推進國內外協作聯盟。

“當前，在學術與技術競爭嚴酷的環境中，中國空間引力波探測計劃均為預研性計劃，應盡快從國家層面整合實力、協調各方的優勢力量聯合攻關。”胡文瑞強調，“中國科技界有決心在引力波的空間檢驗方面作出重大貢獻。”