天琴计划：在太空奏响引力波的中国乐章

中青报·中青网记者 林洁

2月初，中山大学珠海校区的校园里挂起了大红灯笼，大多数老师和同学们已陆续返乡过春节。在中山大学天琴中心的实验室里，有这样一群年轻人，他们在忙碌中度过龙年春节。

刘琳霞工程师就是其中的一员，她所负责的光学平台镜片粘接实验正在紧张进行中。“光学平台需要粘接的镜片和组件分为几十个步骤，每一步都需要在洁净间中进行。特别是镜片的粘接，是将表面凹凸高度差不超过百分之一头发丝的玻璃片在几十秒内完成精准的定位和粘接，那么每一步粘接前的调装工作都要花费几天时间。实验过程中任何一个步骤的粘接精度达不到要求，前面所有的工作都前功尽弃。”她说，为了在规定的时间节点前按精度要求完成实验任务，实验室的老师和学生都放弃了周末和假期的休息时间。作为实现空间引力波探测的核心组件，光学平台的研制是其中需要攻克的关键技术之一。

像刘琳霞这样坚守在科研一线的师生还有很多，是他们对理想信念的坚守，对科研报国的热忱，使天琴计划得以顺利推进。

“我们团队近期的一个研究重点是如何提高天琴引力波数据分析的实时性。”中山大学天琴中心副教授胡一鸣介绍，天琴的一个重要观测对象是大质量黑洞的并合。近年来，许多国际同行的研究表明，在这些宇宙中的“巨无霸”并合时，可能会发出转瞬即逝的电磁信号。将天琴的引力波探测与电磁波观测相结合，可以全方位、立体式地感知黑洞并合的瞬间，进而有望解答大黑洞起源、引力本质等众多核心科学问题。而这一切的成立依赖于引力波数据分析的实时性。

胡一鸣说，天琴绕地轨道的选取使得引力波数据可以快速、实时地传输到地面，问题的瓶颈就在于如何快速、实时地完成对数据的分析。如果沿用传统方法，这一过程耗时良久，往往需要在超级计算机上运行数天之久。但在天琴团队的共同努力下，他们已经可以做到在小时量级内更新分析结果。“现在我们正继续努力，希望可以进一步改进分析方法，实现实时分析。”

据了解，天琴有望提供大量无法通过其他探测手段获取的信息，特别是有关高红移的大质量黑洞双星、星系或星团核区动力学、银河系中的致密双星系统等的信息，对于揭示大质量黑洞的起源与成长历史、星系或星团核区动力学、恒星级致密星的天体物理、银河系双致密星的起源和演化、宇宙膨胀、引力与黑洞本质、早期宇宙及高能标物理等都有非常重要的意义，并有可能发现目前无法预料的新物理，将对天文学、物理学研究产生显著的推动作用。

天琴计划的开展需要攻克一系列关键核心技术，包括建立高精度惯性基准、进行星间激光干涉测量、实现超静超稳卫星平台及大尺度编队飞行、实现引力波探测信号的辨识测量等，将能够推动我国高精度空间探测载荷及卫星技术跨越式发展，其技术进步在地球重力场测量等方面有重要的应用，具有重大的战略价值。

目前，天琴中心卫星平台技术研究室的师生仍在继续进行项目的推进。中山大学天琴中心特聘副研究员刘建平告诉中青报·中青网记者，在寒假期间，团队依然保持科研不间断、坚持实验测试与组会讨论，确保了项目进度的稳步推进。空间引力波探测任务对超静超稳卫星平台提出了前所未有的苛刻要求。课题组成员们静心钻研，分工协作，在空间环境分析、引力波探测卫星力热光机一体化设计等多方面取得重要进展。“我们会继续努力，全力推进卫星平台相关技术的研究、测试与验证，助力天琴尽早在太空奏响引力波的乐章。 ”

天琴计划是中国科学院院士罗俊于2014年提出的空间引力波探测计划，被誉为空间引力波探测的“中国方案”。该计划预期于2035年前后在约10万公里高的地球轨道上，部署三颗全同卫星构成边长约为17万公里的等边三角形星座，建成空间引力波天文台，打开0.1mHz～1Hz的引力波探测窗口，回答宇宙重大质量黑洞起源等重大科学问题，为人类揭开更多宇宙奥秘。

天琴计划按照“0123”技术路线图推进关键技术进步和保障引力波探测任务的实现。各阶段的数字代表需要发射的卫星数量。

第“0”步，进行月球激光测距实验，研制新一代激光测距反射器，新建激光测距台站。天琴测距台站于2019年4月完成土建竣工验收并开始运行，5月实现阿波罗15号合作目标测距，同年11月实现了对月球表面全部5个合作目标的高精度测距，为国内首次，使我国成为国际上第三个完成该试验的国家。

天琴测距台站的主要目的是获得对高轨卫星的精密测距能力，为天琴卫星的高精度定轨提供技术支撑。为了实现超远距离卫星的高精度激光测距任务，天琴测距台站率先开展了38万公里的地月测距工作。天琴计划工程师韩西达介绍，“每项准备工作都要细致无误，才有机会获得极其微弱测月信号” 。

韩西达解释，这项工作的难点在于38万公里级的超远距离对测距望远镜有着超高的指向精度和跟踪精度要求，目前能做到地月激光测距的台站尚属少数。天琴测距团队还在继续攻克白天测距技术，2023年10月，通过台站师生们的不懈努力，他们获得了1064nm波段满月测月信号，该成果是天琴测距台站首测获得满月时段测月信号，对白天测距起到支撑作用。

第“1”步，“天琴一号”技术试验卫星于2019年12月20日成功发射，六大关键技术在轨试验全部通过，各项关键指标达到国内最高水平，实现我国空间引力波探测核心技术量级提升，并在国内首次利用国产卫星数据获得全球重力场模型。

第“2”步，“天琴二号”技术试验卫星完成关键技术地面验证，预计于2026年前后发射双星进行在轨试验。

第“3”步，“天琴三号”引力波探测卫星项目相关工作顺利推进，完成了对天琴主要科学目标的第一轮评估，解决了地月系重力场的潜在影响等问题。

记者在采访中了解到，天琴计划基础研究设施已全部建设完成，布局形成了“一个中心+三个台站”，为天琴计划的实施提供有力保障。目前，面向国家战略需求， 实验室在开展基础研究、推动学科发展、促进技术进步方面发挥引领带动作用。