空間引力實驗的關鍵載荷—自主研發的星載靜電懸浮加速度計

        20日，天舟一號貨運飛船成功發射升空。天舟一號是我國自主研製的首艘貨運飛船，將與天宮二號空間實驗室完成交會對接，實施推進劑在軌補加，突破和掌握推進劑在軌補加等關鍵技術。天舟一號空間應用系統還開展了非牛頓引力實驗等四項科學技術實驗。

        據了解，「非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證」項目由華中科技大學引力中心承擔。

        「非牛頓引力實驗檢驗」擬利用微重力環境檢驗微米作用距離下物體之間的引力是否滿足牛頓萬有引力定律，這是一個純基礎物理實驗。

        為完成對該實驗的關鍵技術驗證，項目組開發了基於皮米級電容傳感和微伏級靜電控制技術的加速度計，稱之為靜電懸浮加速度計，該加速度計是非牛頓引力實驗的技術基礎。

        據悉，該項目利用天舟一號貨運飛船的空間環境，對高精度靜電懸浮加速度計進行在軌檢驗。通常地球表面重力加速度為1g（9.8m/s²），該項目驗證的靜電懸浮加速度計分辨本領達到10^-11g量級，相對於地球表面重力加速度的大小，可以分辨其小數點後第10位的加速度變化，極其精密。目前也僅有法國等幾個極少數國家掌握了其全部技術。

        與傳統彈簧連接式加速度計相比，靜電懸浮加速度計精度高，技術難度大。

        華中科技大學引力中心從2000年開始，連續攻關，從理論機理、關鍵技術、研製工藝、測試與標定等方面開展系統研究，最終研發出了具有自主智慧財產權的、不同測量精度的靜電懸浮加速度計系列產品。

        該項目的高精度靜電懸浮加速度計裝置由兩個設備組成，其中探頭盒實現高精度加速度的測量，電控盒為探頭盒提供電源保障和實現與衛星平臺之間的數據通信功能等。

        非牛頓引力實驗檢驗裝置探頭盒和電控盒

        天舟一號在飛行過程中，靜電懸浮加速度計會受到太空飛行器振動噪聲的幹擾。同時，天舟一號還搭載了由中科院空間應用工程與技術中心研製的主動隔振裝置，該裝置能夠隔離飛船振動幹擾，為靜電懸浮加速度計提供了一個平穩的實驗平臺。靜電懸浮加速度計和主動隔振裝置二者相輔相成、互相支撐。

        空間引力波探測將利用數十萬到上百萬公裡距離的多個太空飛行器編隊組網開展引力波探測。空間引力波探測中，需要達到10^-15m/s²。

        以上的高精度測量和控制太空飛行器的加速度擾動，基於電容位移傳感和靜電反饋控制的慣性傳感器成為首選的研製方案。

        出品：科普中國

        製作：中國科學院空間應用工程與技術中心  華中科技大學引力實驗室  中國科普博覽

        監製：中國科學院計算機網絡信息中心

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