天琴計劃

引力波是加速中的質量在時空中所產生的波動，也被比喻為時空的“漣漪”。 ^[2] 

根據愛因斯坦的相對論，宇宙中巨大的天體運動會讓時空發生扭曲並像波浪一樣傳播，這就是引力波。2016年，多國科學家首次探測到了引力波。

2018年4月，中國的引力波探測計劃在積極實施，引力波探測“天琴”計劃的關鍵人物是羅俊院士。在湖北武漢，華中科技大學的喻家山底下的防空洞裏，羅俊院士和他的團隊正在研發引力波探測裝置。 ^[7] 

中山大學珠海校區將建設“天琴計劃”所需的地面研究基礎設施，並以此為基地開展面向國家重大需求和科學基礎前沿的國家大科學工程項目。其中山洞超靜實驗室和激光測距地面台站基礎設施建設已經啓動，部分關鍵技術研究也已經有具體進展。天琴計劃的推動將使中山大學將成為國際上引力波探測與空間精密測量領域的學術研究重鎮之一，併成為推動後續一系列空間精密測量物理實驗的研究基地。 ^[8] 

據介紹，“天琴計劃”實驗本身將由三顆全同衞星(SC1，SC2，SC3)組成一個等邊三角形陣列，通過慣性傳感器、激光干涉測距等系列核心技術，“感知”來自宇宙的引力波信號，探索宇宙的秘密。三顆星，形似太空裏架起的一把豎琴，可聆聽宇宙深處引力波的“聲音”，這是中國科學家提出的空間引力波探測“天琴計劃”。 ^[9]  衞星本身作高精度無拖曳控制以抑制太陽風、太陽光壓等外部干擾，衞星之間以激光精確測量由引力波造成的距離變化。“天琴”的重要探測對象是一個週期僅有5.4分鐘的超緊湊雙白矮星系統RXJ0806.3+1527產生的引力波。 ^[4] 

“天琴”首先要求三顆衞星非常精確地進入一個預先選定的軌道。為了穩步實現目標，根據每項任務需要的衞星數目，制定了“0123”計劃路線圖，天琴計劃將首先發展月球和深空衞星激光測距技術，幫助實現對天琴衞星毫米級的定軌精度；並進行空間等效原理檢驗實驗、下一代重力衞星實驗等，最終進行天琴空間引力波探測實驗：探測引力波。 ^[10] 

2020年5月，全國人大代表、我國空間引力波探測天琴計劃首席科學家羅俊院士透露，“天琴二號”項目建議書已於春節前交給上級有關部門，各項工作正在穩步推進，關鍵技術取得突破，部分技術已經成熟，並在“天琴一號”上經過檢驗。“天琴二號”計劃在2025年前後發射 ^[11]  。

與美國的LIGO（激光干涉引力波天文台）相比，天琴計劃引力波探測會有光學輔助手段，此外，與LIGO探測到的短時間的爆發型引力波不同，天琴探測的低頻段的連續型引力波，可以持續驗證。

“天琴計劃”不僅僅是基礎研究，‘天琴計劃’發展起來的關鍵技術可用於很多領域，如精確測量地球重力場，使人類更加深刻地瞭解地球、水資源和礦產資源的分佈和變化。又如精確測量距離，大到兩顆衞星之間的距離，小到一個原子尺度的變化，都可以精確測算出來。 ^[10] 

“天琴計劃”主要將分四階段實施：第一階段完成月球/衞星激光測距系統、大型激光陀螺儀等天琴計劃地面輔助設施；第二階段完成無拖曳控制、星載激光干涉儀等關鍵技術驗證，以及空間等效原理實驗檢驗；第三階段完成高精度慣性傳感、星間激光測距等關鍵技術驗證，以及全球重力場測量；第四階段完成所有空間引力波探測所需的關鍵技術，發射三顆地球高軌衞星進行引力波探測。 ^[12] 

完成全部四個子計劃，大約需要二十年的時間，投資大約150億元人民幣。

“天琴計劃”將成為中方牽頭的國際合作項目。2016年，除了來自中國多所高校、研究機構之外，LISA計劃課題組的幾位核心成員非常願意開展合作，來自德國、意大利、法國的頂尖教授也希望成為合作者或者顧問，俄羅斯莫斯科大學幾位教授已經參與進來。 ^[10] 

2018年9月27日，在廣州召開的香山科學會議第S45次學術討論會傳來了關於“天琴計劃”的最新消息。“天琴計劃”多項關鍵技術已獲得重大進展，其中包括慣性傳感、激光干涉測距、無拖曳控制、衞星平台等多項重大技術，接下來這些技術將陸續進入在軌驗證階段。

無拖曳控制技術是空間引力波探測計劃實現的關鍵技術之一，簡而言之就是要讓衞星中搭載的檢驗質量“擺脱”外部環境的各種干擾，讓檢驗質量自由而無阻地漂移。華中科技大學物理學院教授周澤兵介紹，“天琴”無拖曳控制技術在實驗室已經取得突破，正在按照研究計劃向前推進。

“天琴計劃”和歐洲LISA計劃是世界上少數基於成熟設計和方案的空間引力波探測計劃，兩個計劃都在爭分奪秒向前推動。兩個計劃的主要區別在於其設計軌道一個繞地球、一個繞太陽，以及探測波段稍有不同。“如果從探測波段來講‘天琴計劃’的探測波段比LISA大約高10倍，兩組引力波探測器可形成互補。”中山大學天琴中心教授葉賢基説。 ^[9]