天勤空间引力波（GW）观测站将包含三艘轨道半径为105公里的地心和圆形轨道航天器，以探测毫赫兹频带中的GW。每对航天器将建立一个1.7×105公里长的激光干涉仪，沉浸在太阳风和磁层等离子体中，以测量GW引起的相位偏差。GW检测需要对激光相进行高精度测量。等离子体密度的长距离和周期性振荡的累积效应可能会引起额外的相位噪声。本研究旨在利用逼真的轨道模拟器和空间天气建模框架模型，模拟天体间航天器激光信号的等离子体诱导相差。初步结果表明，等离子体密度振荡可诱发米赫兹频带中接近2×10~6 rad/Hz1/2或0.3 pm/Hz1/2的相位偏差，且在分配给干涉仪位移噪声的错误预算内。当轨道平面与太阳-地球线平行或在磁暴期间，三臂相的振幅谱密度变得更加分离。最后，检查了相差对轨道半径的依赖性。 查看详细>>

针对空间引力波望远镜主反射镜系统的结构及支撑组件进行了设计与优化。主反射镜运用了侧面3点支撑对镜体进行约束，并对支撑点的选取与布局进行了研究。反射镜采用能够实现较大弯曲刚度的背部钻孔式半封闭构型，通过有限元计算结合多目标遗传算法对反射镜轻量化结构进行了参数优化，在不降低面形精度的条件下使镜体结构轻量化率达到74%。设计了一种由两个无阻隔串联式柔度单元组合而成的可调节双轴连杆型Bipod柔性铰链结构，其可对反射镜面形误差进行补偿。建立了柔性铰链并联机构作用于反射镜的数学模型，对其进行了基于MATLAB的参数取值分析，并通过有限元方法完成了对参数取值的修正。最后进行了空间热载荷条件下的反射镜面形分析，结果表明反射镜面形误差优于λ/60，满足设计要求。 查看详细>>

为探测到0.1 mHz~1 Hz频段的引力波，天琴、LISA、太极等空间引力波探测器编队（或星座）需在几十万到几百万公里量级的臂长上，实现pm级精度的测量。因此直接作为星间干涉测量光路一部分的望远镜面临巨大的技术挑战。空间引力波探测望远镜有超高精度和超高稳定性的特点。本文以LISA引力波探测器望远镜为研究对象，根据星间激光干涉测量核心指标10 pm/Hz1/2 0.1 mHz~1 Hz的要求和引力波探测的实际需求，分析了望远镜的光学设计方案。在设计基础上，就材料选择、光学加工、装调及杂散光抑制等方面进行了分析和探讨，为后续望远镜的研制提供了参考依据。 查看详细>>

轨道外热流是影响空间引力波探测卫星的重要因素之一。总结了日心轨道引力波探测卫星和地心轨道引力波探测卫星的β角和外热流变化，分析了外热流的变化特征。引力波卫星采用以被动热控为主，辅以主动热控的热设计原则，对整星和关键载荷（如空间望远镜）进行热设计，同时采取柔性支撑结构解决结构热变形问题，保证子结构尺寸的稳定性，最后介绍了空间引力波探测卫星热仿真分析。 查看详细>>

引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一，与引力波的地面探测相比，引力波的空间探测能够探测更丰富的波源和更遥远的目标，具有重大的科学价值。空间引力波探测带来了空前的技术挑战，对航天器系统和平台提出了极高的技术指标要求，传统的卫星平台难以满足任务需求，必须设计开发新的平台，并突破诸多关键技术。本文对空间引力波探测航天器总体和平台设计面临的挑战、主要的设计约束条件进行了分析，提出了天琴引力波探测航天器的总体方案设想和初步的构型布局方案，对航天器平台所涉及的关键技术进行了梳理，并对后续解决途径提出了建议。 查看详细>>

微推力器是实现空间引力波探测中无拖曳控制任务的关键。本文在分析空间引力波探测无拖曳控制系统对微推力器要求基础上，通过微推进技术原理开展分析，梳理出了满足要求的微推力器，包括冷气推力器、波电离离子推力器、会切磁场型霍尔推力器和场致发射推力器4种备选方案，并介绍了4种推力器以及基于推力器的无拖曳控制国内外相关研究现状。在此基础上，本文介绍了天琴计划开展以来针对这几种微推力器的研制进展，并对后续应用于引力波探测的微推进技术研究方向进行展望。 查看详细>>

由于引力波信号极其微弱，给空间引力波探测任务带来了极大的技术挑战，很多技术指标要求比现有水平高出好几个量级，因此在技术上难以一步到位，必须循序渐进、分步实施，需要通过技术试验卫星验证相关技术，待相关关键技术取得突破以后，再去研制能够在空间探测到引力波的卫星系统。为了LISA计划的顺利实施，欧洲历时10年研制了LISA探路者（LISA Pathfinder）技术验证星，于2015年12月成功发射，进入到绕日地L2点运行的轨道上完成了各项技术试验验证任务，开启了人类空间引力波探测的序幕，为LISA项目的立项及工程研制提供了有力的支撑。国内的“太极”计划也安排了太极一号试验星的研制，并于2019年8月发射入轨开展了相关技术试验。因此，对关键技术进行在轨验证是空间引力波探测计划实施不可或缺的一个重要环节。 对于应用于航天器上的精密测量技术，地面上的干扰因素比较多，尽管我们通过间接的测试加上一些仿真分析能够对相关指标做出一定的评价，但只有到轨道真实环境中才能得到更好的验证，这也是研制天琴一号卫星的初衷。天琴一号卫星担负的就是对空间引力波探测部分关键技术进行验证的使命，由中山大学、航天东方红卫星有限公司和华中科技大学联合论证提出，并于2018年10月获得了国家航天局的立项支持。天琴一号是“天琴”引力波探测计划技术试验验证的第一步，目的是构建空间高精度惯性基准，对无拖曳控制等空间引力波探测共性关键技术开展在轨验证。为达到这个目标，天琴一号卫星配置了高精度的惯性传感器和微牛级连续可调的推进系统，作为无拖曳控制系统的敏感器和执行机构，同时通过高稳定的温度控制、精准的质心控制，为无拖曳控制提供良好的环境保障。 天琴一号卫星是一颗低成本、短周期的微纳卫星，整星质量只有103kg，采用搭载方式发射。卫星的平台电子产品基于航天东方红卫星有限公司经过多次在轨飞行验证的微纳卫星产品研制，根据任务需求进行一些适应性修改，在确保质量的前提下实现了短周期和低成本的目标；试验载荷则按照在轨试验任务目标，基于前期关键技术攻关成果和承研单位在相关领域多年的技术积累研制，也有效降低了研制风险。天琴一号卫星项目较好地实现了技术、成本、周期等方面的统筹兼顾，达到了预期的关键技术验证目的的同时，做到了既快又省。对于1颗100kg量级的微小卫星，又是搭载发射，各方面的约束条件比较苛刻，还不能有活动部件，给卫星设计和在轨试验都带来了很多难题。在研制过程中，项目团队根据任务的特殊性，平台和试验载荷一体化设计，不断优化卫星方案和在轨试验模式，以较小的代价获取了尽可能多的试验数据和成果，实现了较高的效费比。 查看详细>>

针对空间引力波探测系统对超远距离编队动力学与控制技术提出的挑战，调研分析了空间引力波探测系统所涉及的动力学与控制技术国内外研究现状，包括：超远距离相对动力学、高稳定轨道设计、高精度构形初始化策略与控制、构形重构与维持以及多自由度协调控制等方面。在对相关领域国内外研究现状分析的基础上，提出了空间引力波探测系统在动力学与控制方面需重点解决的关键技术：超远距离编队构形发散机理建模与分析、高稳构形鲁棒优化设计理论与方法、有限机动能力约束下的高精度构形初始化和保持技术、非科学与故障模式下编队姿轨维持策略和多自由度协调控制等。 查看详细>>

针对中国激光测距网在西部地区缺少观测台站的现状，在中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室支持下，中国科学院上海天文台和紫金山天文台联合对位于海拔3200米德令哈青海观测站1.2米量子通信光学望远镜开展改造，以实现卫星和空间碎片高精度激光测距任务。 　　项目团组通过研制激光接收终端、激光发射系统、测量控制单元及望远镜光机械接口部分改造等，在克服疫情、高原等影响，经过数月安装调试，2020年9月28日首次成功实现对低轨到同步轨道带有合作目标卫星激光观测，最远测量距离超过四万公里，测距精度优于1厘米。目前该系统已具备了对合作目标开展常规观测能力。 　　由于该望远镜口径大，台站天气透明度好，激光信号回波率非常高，是一个很适合开展卫星激光观测台站。根据后续发展需求，适时将该系统加入到中国卫星激光测距网和申请为国际激光测距网联合观测台站，届时将显著增强中国激光测距网观测能力和目标覆盖范围,也有望成为国际上最好的卫星测距台站之一。 　　基于合作目标激光测量基础，后续将进行空间碎片目标激光观测，以填补我国西部地区空间碎片激光探测技术及台站空白，为实验室空间目标高精度探测提供优良观测平台，支持实验室高精度测量关键技术发展，提升空间目标定轨预报精度，开展空间目标旋转变化规律等研究。 　　此工作得到了中国科技大学和中国科学院光电研究所大力支持。 查看详细>>

10月9日，国际天体物理学杂志The Astrophysical Journal在线发表了中国科学院云南天文台博士研究生封海成、研究员刘洪涛与合作者的研究成果。该研究依托丽江天文观测站2.4米望远镜，通过光谱观测开展了耀变体光变与颜色变化的研究。TeV伽马射线耀变体S5 0716+714在其高态期间，观测发现了变亮变蓝（BWB）现象，颜色与亮度、颜色变化率与亮度变化率之间强相关，颜色变化比亮度变化超前。 　　耀变体是一类相对论喷流与视线夹角比较小的活动星系核。BWB在颜色亮度图上表现为一种相关性，可能产生于喷流中的激波物理过程，也可能与激波后的湍流等物理过程有关。其他研究小组的很多观测研究并未发现耀变体有这种相关性或者相关性很弱。 　　封海成等人利用丽江2.4米望远镜，在2019年9月到2020年3月期间，成功地对S5 0716+714进行了106次分光观测（Epoch2）。经过细致的数据分析，包括数据预处理、光谱定标及光谱拟合，他们测得了相应物理量的时间序列。 　　S5 0716+714在颜色—亮度图、亮度变化率—颜色变化率图上，高态（Epoch2）与低态（Epoch1）光谱变化的BWB趋势明显不同（图1）；在亮度相对变化率—颜色变化率图上，两者基本相同（图2），表明不同亮度状态下的主要光变机制是相同的。发现了亮度依赖的BWB趋势，最亮时可能达到了饱和状态。 　　表面上，BWB趋势依赖于观测频率范围相对于同步辐射峰值频率的位置；实际上，可能是辐射区的电子平均能量和磁场的变化控制着BWB趋势。电子能量依赖的加速概率机制、随机加速机制能够产生对数抛物线同步辐射能谱，这些同步能谱成功地再现了颜色—亮度图上的观测数据分布。 　　这些新发现可以使我们更好地理解耀变体中的辐射机制及光变机制。 　　该研究得到国家自然科学基金、中国科学院重点研究项目、中国科学技术部、中国科学院跨学科创新团队项目、中国科学院天文学联合基金、中国科学院天体结构与演化重点实验室的资助。 查看详细>>