羅子人，張 敏，靳 剛，吳岳良,5，胡文瑞

（1.中國科學院 力學研究所，北京 100190；2.中國科學院大學 引力波宇宙太極實驗室，北京 100049；3.中國科學院大學杭州高等研究院 基礎物理與數(shù)學科學學院，杭州 310024；4.國際理論物理中心-亞太地區(qū)，北京 100190；5.中國科學院 理論物理研究所，北京 100190）

引 言

獲得空間引力波存在的直接證據(jù)不僅可對愛因斯坦廣義相對論進行更精確的檢驗，也將開辟引力波物理學和引力波天文學的新領域，對物理學和天文學的未來發(fā)展有著非常重大的意義。利用引力波來探測天體物理過程是繼電磁輻射和粒子輻射之后的一種新途徑，引力波攜帶了引力相互作用的基本自由度，研究引力波物理可為揭示宇宙演化過程的新奧秘、基礎物理學新規(guī)律和相對論天體物理動力學提供新的方法和手段[1-2]。宇宙中的引力波來自宇宙天體的能量（含質量）變化，不同頻率的引力波對應于不同的天體物理過程。空間引力波天線可探測中、低頻段引力波，將是物理學和天文學前沿課題，其研究工作的順利開展，將會為未來在基礎科學領域取得突破奠定堅實基礎。

1 空間引力波探測的重要意義

1.1 引力波及其研究價值

引力波是愛因斯坦廣義相對論一個非常重要的預言，是物質和能量劇烈運動和變化產(chǎn)生的一種物質波。在廣義相對論中，引力波是時空曲率的一種波動，它在行進過程中擠壓或者拉伸時空，就像水面泛起的漣漪一般，在真空和弱場近似下以光速向外傳播。

引力波提供了不同于電磁波的探索宇宙的新手段。在標準宇宙學模型中，有電磁相互作用的普通物質在宇宙成分中只占不到5%，超過95%的宇宙成分由暗能量和暗物質組成，它們無法直接通過電磁波進行探測，但卻都參與引力相互作用，對暗能量性質和暗物質屬性的研究可以幫助我們認識引力的本質，了解早期宇宙的演化。同時，引力波探測和研究有助于揭開暗能量和暗物質之謎，探索未知的新物理，為我們呈現(xiàn)一幅完整的宇宙圖景。

理解引力的本質和探索引力子是基礎物理重要的一個方向。自然界有4種基本作用力，除引力外的其他3種作用力（電磁力、強力和弱力）在量子場論的框架下得到了統(tǒng)一的描述。包括廣義相對論在內的粒子物理標準模型有62種基本粒子，除引力子外其他61種基本粒子均已被找到。引力波探測和研究將為揭示引力本質和探索統(tǒng)一場論提供一個不可替代的途徑。

1.2 空間引力波探測的必要性

2015年地面引力波天文臺LIGO首次直接探測到引力波事件[3]，3位激光干涉引力波天文臺（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory，LIGO）主要科學家也因此獲得了2017年諾貝爾物理學獎。但是地面引力波天文臺受地面噪聲以及干涉儀尺度的限制，探測頻段在10 Hz以上，波源主要包括幾十至幾百太陽質量的黑洞并合和雙中子星并合等；且因波源特征質量小，引力波強度弱，它僅可探測紅移z ≈ 1的范圍[4]。

更高紅移、更大特征質量和尺度的波源，有更深刻的宇宙學和天文學意義。從幾千至幾百萬太陽質量的超大黑洞波源，其探測頻段為中低頻（0.1 mHz～1 Hz）；大質量黑洞并合、大質量黑洞俘獲其他致密天體、雙致密天體繞轉、早期宇宙相變和宇宙弦等波源都能夠產(chǎn)生頻率處于中低頻段的引力波。中低頻波源的特征質量大，引力波強度強，因此其探測范圍可覆蓋幾乎全宇宙空間（紅移z ≈ 12）[5-6]。探測這個頻段的引力波需要擺脫地面噪聲和地面實驗尺度的限制，在太空實現(xiàn)百萬千米級精密激光干涉測量。

引力波跟電磁波一樣，是一個寬頻的信號。宇宙中存在著大量的引力波源，覆蓋了寬闊的頻段。不同頻段的引力波起源不同，對應的科學目標也不同，將從不同方面促進基礎物理研究和引力波天文學、引力波宇宙學的發(fā)展和突破。

1.3 空間引力波探測的意義和價值

通過對超大黑洞并合波源的觀測，可研究黑洞宿主星系的并合及星系周圍暗物質暈的并合，屆時將首次直接觀測到百萬太陽質量的超大黑洞，首次揭示超大黑洞的起源和演化，首次描繪出宇宙大尺度結構形成的全部歷史過程。通過對大質量黑洞俘獲其他致密天體的引力波源的觀測，將首次提供黑洞附近強引力場的精細結構，為精確檢驗引力理論提供理想的天體實驗室。通過對早期宇宙相變和宇宙弦等波源的探測，空間引力波探測為研究早期宇宙、統(tǒng)一場論及宇宙演化提供無法替代的關鍵信息。通過對致密雙星系統(tǒng)的觀測，將首次描繪致密天體在銀河系內的完整分布圖景，為研究銀河系演化和發(fā)展發(fā)揮關鍵作用[6-7]。正如美國實驗委員會（National Research Council，NRC）在2007年的報告中指出：“直接探測到中低頻引力波將是諾貝爾獎量級的重大發(fā)現(xiàn)”[8]。

通過開展空間引力波探測，還可全面推動我國空間高精度引力參考傳感器、星間超高精度激光干涉測量、高精度衛(wèi)星編隊、衛(wèi)星姿軌控和溫控等各方面技術的成熟。對于全球重力場測繪、建立高精度全球時空坐標體系、對地觀測、大地測量、資源勘探、自主導航，以及促進未來的前沿空間科學實驗等都具有重要的意義[9]。

2 國內外發(fā)展態(tài)勢

國際上，20世紀90年代由歐洲航天局（European Space Agency，ESA）和美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）共同規(guī)劃的LISA計劃[10]已發(fā)展成為較成熟的空間引力波探測計劃（NASA于2011年由于經(jīng)費問題退出LISA計劃，并于2017年重新加入LISA計劃，期間LISA計劃改成eLISA計劃，邀請中國引力波探測組加入）。LISA計劃的設想最早在1984—1985年由美歐合作提出，于1993年形成了初步的方案設計，并開始開展關鍵技術研究。此方案又經(jīng)過多次修改，于1998年確立了500萬km臂長的三星編隊方案。美國NASA在2011年突然宣布由于經(jīng)濟原因退出LISA計劃。ESA不得不獨立承擔整個LISA任務?？紤]到預算問題，ESA對整個任務進行簡化，采用了一顆母星加兩顆子星的設計，并更名為eLISA，并且臂長由之前的500萬km縮短至100萬km。

因為LISA計劃所需的技術實現(xiàn)難度大，為保證LISA計劃能最終成功實現(xiàn)，LISA研究組從1998年開始經(jīng)過4年的方案及關鍵技術論證，于2002年通過了技術驗證星計劃—“LISA探路者號”（Lisa Pathfinder），利用其對LISA所需的部分技術進行空間驗證。最終，“LISA探路者號”衛(wèi)星于2015年12月成功發(fā)射升空，并于2016年3月進入科學工作模式，并持續(xù)工作至2017年6月。在2016年6月“LISA探路者號”公布了第一輪科學工作階段的結果，遠超預期。

2017年在中國科學院大學（以下簡稱中科院）懷柔校區(qū)舉行的國際空間引力波大會（ISGW2017）上，“LISA探路者號”項目負責人Vitale教授公布了最新結果，“LISA探路者號”檢驗質量的自由懸浮水平已完全達到甚至超過未來LISA任務的需求。如此優(yōu)異的結果也將NASA重新吸引回到了LISA計劃中?！癓ISA探路者號”共同項目負責人Danzmann教授在ISGW2017大會上宣布了NASA回歸的消息。LISA計劃已被ESA確立為旗艦計劃（L3計劃），預期在2034年前發(fā)射。近期，LISA對外宣布將有可能將其計劃提前到2030年左右。

我國科學家從2008年開始探討中國的空間引力波探測計劃，由中科院牽頭組織全國優(yōu)勢力量成立空間引力波探測論證組，研討我國空間引力波探測在未來數(shù)十年內的發(fā)展路線圖，并列入中科院制定的空間2050年規(guī)劃中。2012年中科院牽頭成立了我國空間引力波探測工作組?；谥锌圃嚎臻g科學預研項目的支持，2012年我國科學家在首次eLISA聯(lián)盟會議上，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(yōu)先選擇間距為300萬km的正三角形衛(wèi)星編隊（不同于LISA的500萬km和eLISA的100萬km），以太陽為中心落后（或超前）地球約20°進行繞轉[11]。2016年初該計劃向外公布為“太極計劃”[12-13]。2014年，我國空間引力波探測工作組的部分成員開始并行探討基于地心軌道的探測方案，并于2016年命名為“天琴計劃”[12,14]。

中科院經(jīng)組織多次研討，于2016年優(yōu)先啟動了戰(zhàn)略性先導科技專項B“多波段引力波探測”項目，經(jīng)過深入系統(tǒng)論證，明確了“太極計劃”“單星、雙星、三星”3步走的發(fā)展戰(zhàn)略。2018年8月，中科院在空間科學（2期）戰(zhàn)略性先導科技專項中，優(yōu)先安排實施微重力技術實驗衛(wèi)星“太極1號”工程任務。2019年8月31日成功發(fā)射，通過在軌實驗，驗證了關鍵技術路線的可行性，完成了我國空間引力波探測的第一步。

3 空間引力波探測原理與涉及的關鍵技術

3.1 探測原理簡介

引力波經(jīng)過時會擠壓或拉伸附近的時空，從而引起空間中不同位置的點之間的光程變化。空間和地面激光干涉引力波探測器都是基于邁克爾遜干涉測量原理，利用激光干涉儀，精密測量引力波引起的光程變化（圖1）[15]。

圖1 引力波傳播時擠壓或拉伸時空和引力波經(jīng)過時引起不同鏡片間光程（干涉儀臂長）的變化Fig.1 How the GW stretch and squeeze the space-time，and how optical path length changes when GW passing by

由于科學目標及所需的測量環(huán)境不同，空間引力波探測和地面引力波探測的關鍵技術組成和實現(xiàn)難度也不一樣?？臻g引力波探測器由3顆衛(wèi)星組成，形成正三角形飛行編隊，可在保持軌道穩(wěn)定的同時較好地響應引力波的振動特性。每顆衛(wèi)星攜帶兩個測試質量，代替地面引力波探測器的反射鏡。激光在測試質量間傳播，建立起兩兩衛(wèi)星間的激光干涉鏈路，如圖2（a）所示。引力波經(jīng)過時，兩兩測試質量間的光程發(fā)生變化，通過激光干涉信號讀出[16]。

圖2 空間引力波探測星座圖和空間引力波探測載荷配置圖Fig.2 The satellite constellation and the sketch diagram of payload of space-borne GW detection missions

引力波信號非常微弱，即使兩個測試質量相距300萬km，引力波引起的光程變化也只在pm量級。因此空間引力波探測要求星間激光干涉測距系統(tǒng)的測量精度達到8 pm/Hz1/2（頭發(fā)絲直徑的千萬分之一或氫原子直徑的十分之一）；同時測試質量必須非常穩(wěn)定，微小的擾動就會淹沒引力波信號，因此它的殘余擾動加速度噪聲要小于3 × 10-15m·s-2/Hz1/2（相當于喜馬拉雅山被一個西瓜重量大小的力作用后產(chǎn)生的加速度大?。?。組成激光干涉測距系統(tǒng)和無拖曳控制系統(tǒng)的主要載荷如圖2（b）所示。

3.2 空間引力波探測關鍵技術簡介

3顆衛(wèi)星在發(fā)射進入預定軌道后，首先需通過星間自動激光捕獲技術，使得3顆衛(wèi)星獲得相互間精確的方位信息；然后通過星間激光跟瞄技術，讓3顆衛(wèi)星通過激光進行相互精確的瞄準，從而建立起穩(wěn)定的激光干涉鏈路。由于激光發(fā)散角的存在、激光收發(fā)望遠鏡口徑有限以及激光器輸出功率的限制，在傳播300萬km后，被航天器接收到的激光光強非常小，必須要通過弱光鎖相的技術對信號光進行放大。由于衛(wèi)星之間存在相對速度，激光傳播時會產(chǎn)生多普勒頻移，所以空間引力波探測采用差分干涉技術。當引力波經(jīng)過時，引起的光程變化就會調制在這個差分干涉信號的相位中。這個差分干涉信號會被送至相位計，相位計利用星載超穩(wěn)時鐘生成一個相同頻率的信號，對差分干涉信號的相位進行解調，從而獲得引力波信息。同時還需建立輔助干涉儀進行百萬千米星間測距、通信和對鐘等，通過延時數(shù)據(jù)處理方法來消除激光頻率噪聲和超穩(wěn)時鐘的噪聲。這形成星間激光干涉測距系統(tǒng)[9]。

如果測試質量暴露在外太空，受到太陽光壓、太陽風或者其他宇宙射線的擾動，測試質量就會產(chǎn)生擾動加速度，從而產(chǎn)生位移噪聲，很容易把引力波信號淹沒掉。因此，我們將測試質量保護在衛(wèi)星中心，跟衛(wèi)星沒有直接物理接觸，使其不受外界干擾力的擾動，測試質量就會處于自由漂移狀態(tài)，如圖2（b）所示。外界擾動就會作用在衛(wèi)星上，使衛(wèi)星產(chǎn)生位移擾動，時間一長，衛(wèi)星跟測試質量就會碰撞到一起，破壞測試質量的自由漂移狀態(tài)。所以，我們通過位移傳感器（電容位移傳感或者光傳感），時刻讀出衛(wèi)星和測試質量之間的位移變化，反饋給安裝在衛(wèi)星上的微推進器，微推進器產(chǎn)生準確且穩(wěn)定的推力，將衛(wèi)星受到的外界擾動力補償?shù)?，始終保持測試質量和衛(wèi)星間的位移處于平衡狀態(tài)。這就是航天器無拖曳控制技術。其中測試質量和位移傳感器就組成了慣性傳感器（或稱為引力參考傳感器）[9]。

3.3 空間引力波探測的科學目標與關鍵技術分解

空間引力波探測主要有以下4類波源：超大黑洞雙星的并合、極端質量比黑洞雙星的繞轉、銀河系內致密雙星的繞轉以及隨機引力波背景。通過觀測這些波源，可幫助了解第一代恒星的演化和死亡，宇宙大尺度結構的形成和演化，星系的并合與演化，星系核附近致密天體的密度、分布及其動力學，銀河系內致密天體密度、分布及其內部狀態(tài)等等。為實現(xiàn)上述目標，需實現(xiàn)如下關鍵技術：

1）星間激光干涉測距系統(tǒng)

實現(xiàn)300萬km距離上星間測距精度8 pm/Hz1/2，包括高穩(wěn)空間激光光源、高穩(wěn)空間激光望遠鏡、高精度激光干涉儀、高精度相位計、空間超穩(wěn)時鐘及其噪聲抑制、低噪弱光探測器、激光超前指向機構、呼吸角補償機構、弱光鎖相、激光鎖臂、時間延遲干涉、星間激光捕獲和跟瞄、星間激光測距和通信、星間對鐘等關鍵部件和技術。

2）航天器無拖曳控制系統(tǒng)

保證測試質量殘余加速度小于3 × 10-15ms-2/Hz1/2，包括高精度電容傳感與靜電反饋、高精度電極籠與測試質量加工、測試質量鎖緊與釋放機構、測試質量電荷管理、慣性傳感器真空維持、高靈敏度微推進技術、高可靠性的冷氣微推進技術、非正交多自由度航天器無拖曳控制器等關鍵部件和技術。

3）超穩(wěn)超靜衛(wèi)星系統(tǒng)

包括航天器總體方案優(yōu)化設計耦合仿真及性能評估技術、高精度高穩(wěn)定度熱控技術、超穩(wěn)結構及質心調整機構、多自由度無拖曳與姿控技術、磁潔凈控制技術等。

4）科學目標深化

包括探索中低頻段新的引力波源、進一步拓展現(xiàn)有波源的科學意義等技術內容。

5）數(shù)據(jù)處理與波形模板庫

包括時間延遲干涉等數(shù)據(jù)預處理技術、匹配濾波等科學數(shù)據(jù)處理技術、建設高精度波形模板庫等技術內容。

6）空間引力波探測全鏈路數(shù)值仿真

包括衛(wèi)星編隊高精度軌道仿真、空間環(huán)境影響建模、引力波探測時空動力學的仿真、星間激光干涉測量數(shù)值仿真、航天器無拖曳控制數(shù)值仿真、編隊控制與無拖曳耦合數(shù)值仿真等技術內容。

7）工程目標深化與指標體系地面綜合驗證

空間引力波探測大體系分析、工程總體方案和實施技術途徑確定、工程任務剖面與全指標體系的分解和優(yōu)化、星際飛行模式下衛(wèi)星、載荷一體化核心技術的系統(tǒng)級驗證和標定檢測方法、研制空間力熱模擬環(huán)境、地面半物理仿真、檢測和綜合驗證系統(tǒng)。

4 太極計劃及其3步走發(fā)展路線圖

4.1 太極計劃方案介紹

太極計劃由3顆以正三角形編隊的衛(wèi)星組成，衛(wèi)星采用日心軌道，編隊平面與黃道面成60°夾角，編隊的質心位于地球公轉軌道上，落后地球約20°，如圖3所示。衛(wèi)星間的距離（臂長）為300萬km。太極計劃預計在2030年左右發(fā)射，在軌運行5年，對中低頻段的引力波進行探測和研究[13]。

圖3 空間引力波探測太極計劃三星編隊圖Fig.3 The orbit and constellation of Taiji satellites

4.2 軌道及臂長選擇

目前空間激光干涉引力波探測器有兩類軌道選擇：日心軌道和地心軌道。地心軌道在發(fā)射和測控方面相對容易，但受月球引力影響大，衛(wèi)星編隊軌道穩(wěn)定性較差；同時，衛(wèi)星會交替進入太陽陰影區(qū)和太陽照射區(qū)，外熱流不穩(wěn)定，對整星熱控提出很大挑戰(zhàn)。日心軌道具有長周期穩(wěn)定性好、衛(wèi)星編隊呼吸角小、太陽指向角穩(wěn)定及衛(wèi)星外熱流穩(wěn)定等優(yōu)勢，成為國際上空間引力波探測方案的首選[17]。

空間激光干涉引力波天線的臂長選擇直接決定了其敏感頻段，也就決定了其主要波源類型及波源對應的科學目標。臂長的細小變動，會對特定波源的探測事件率產(chǎn)生顯著影響[6,7]。通過對中低頻段的引力波源及其科學意義的深入研究，中國空間引力波探測太極計劃在2012年確定了300萬km的臂長設計[11]。而LISA計劃在經(jīng)歷了500～100萬km的變化后，在2017年最終將臂長設計定為250萬km，故其敏感頻段和科學目標跟太極大致重合。

4.3 太極計劃3步走路線圖

太極計劃激光干涉測距系統(tǒng)包含測試質量激光干涉儀、百萬km星間激光干涉儀、超穩(wěn)空間激光收發(fā)望遠鏡、激光頻率噪聲抑制與消除技術、超穩(wěn)時鐘噪聲抑制與消除技術、星間激光捕獲與跟瞄技術等。無拖曳控制系統(tǒng)由高精度引力參考傳感器、高精度微推進器和非正交多自由度無拖曳控制器組成。為保證激光干涉測距系統(tǒng)和無拖曳控制系統(tǒng)實現(xiàn)設計指標，需發(fā)展超穩(wěn)超靜衛(wèi)星平臺技術，含高穩(wěn)定熱控技術、超穩(wěn)衛(wèi)星結構制造技術、超穩(wěn)姿態(tài)控制技術和磁潔凈控制技術。

為實現(xiàn)2030年左右發(fā)射太極三星、率先取得空間引力波探測突破的目標，經(jīng)過多年的積累和醞釀，中國科學院提出了“太極計劃”發(fā)展3步走發(fā)展規(guī)劃，如圖4所示。

圖4 “太極計劃”3步走規(guī)劃內容Fig.4 The 3-step strategic planning of Taiji program

第1步，已于2019年8月31日成功發(fā)射“太極1號”單星，繞地球軌道，主要驗證空間引力波探測技術路線的可行性。干涉測距精度實測值達到百皮米量級，測試質量殘余加速度實測值達到10-9m·s-2/Hz1/2量級。同時對部分關鍵技術在軌進行測試，含測試質量激光干涉儀、引力參考傳感器（加速度計模式）、單自由度航天器無拖曳控制等。

第2步，在2024年前后發(fā)射“太極2號”雙星繞日運行，臂長大于50萬km，激光干涉測距系統(tǒng)指標達到10 pm/Hz1/2，無拖曳控制下測試質量的殘余加速度小于3 × 10-14m·s-2/Hz1/2。并開展引力紅移、等效原理等科學實驗。在此期間，建設太極關鍵技術地面實驗驗證平臺，開展全面的關鍵技術攻關和地面測試，優(yōu)化工程研制方案設計。更改引力參考傳感器設計為慣性傳感模式，讀出電壓噪聲降低一倍，在現(xiàn)有結構精密加工和裝調基礎上，將極大提升慣性傳感器性能，將測試質量殘余加速度降至設計指標。并開展50萬km星間激光干涉儀、空間激光收發(fā)望遠鏡、激光頻率噪聲與超穩(wěn)時鐘噪聲抑制與消除技術、星間激光捕獲與跟瞄技術、高穩(wěn)定衛(wèi)星熱控技術、超穩(wěn)衛(wèi)星結構制造技術、超穩(wěn)衛(wèi)星姿態(tài)控制技術和磁潔凈控制技術等在軌實驗。

第3步，在2030年左右發(fā)射“太極3號”三星至預定軌道，臂長300萬km，率先在空間探測到中低頻段引力波信號。激光干涉測距系統(tǒng)驗證指標達到8 pm/Hz1/2，無拖曳控制后測試質量的殘余加速度噪聲小于3 ×10-15m·s-2/Hz1/2。第3步需突破的技術包括非正交多自由度無拖曳控制技術、呼吸角補償機構、時間延遲干涉等。

4.4 “太極1號”在軌測試進展及后續(xù)計劃

2019年8月31日我國首顆空間引力波探測技術實驗衛(wèi)星“太極1號”成功發(fā)射后，科學團隊和工程團隊通力合作，通過嚴格測試實驗，“太極1號”的各項功能、性能指標滿足研制總要求，成果超出預期，在軌測試取得圓滿成功。

“太極1號”是中國科學院空間科學（2期）戰(zhàn)略性先導科技專項首發(fā)星?！疤珮O1號”完成了我國空間引力波探測所需載荷和衛(wèi)星主要關鍵技術的首次在軌驗證，包括高穩(wěn)定激光器、超高精度干涉儀、高靈敏度引力參考傳感器、無拖曳控制技術、微牛級微推進技術、超穩(wěn)超靜航天器等。

“太極1號”實現(xiàn)了我國迄今為止最高精度的空間激光干涉測量。完成了射頻離子和霍爾雙模兩種類型電微推技術的全部性能驗證，為國際上首次實現(xiàn)。在成功實現(xiàn)加速度模式無拖曳控制實驗的同時，進一步完成了位移模式下的航天器在軌無拖曳控制，率先實現(xiàn)了我國兩種無拖曳控制技術的突破。部分核心載荷性能實測指標超過設計指標一個量級，達到了我國最高水平?！疤珮O1號”從零到一的突破，驗證了我國空間引力波探測“太極計劃”技術路線的可行性[18]。

“太極1號”圓滿完成在軌測試，是我國空間引力波探測實驗技術驗證的重要突破，標志著“太極計劃”“3步走”第1步任務目標已成功實現(xiàn)，并轉入拓展實驗階段[19]。

對技術路線可行性驗證通過后，將進一步開展地面關鍵技術攻關，并瞄準太極計劃第3步“太極3號”的目標進行展開。但受地面條件如百萬千米臂長模擬、地面噪聲水平等的限制，無法對所有關鍵技術進行真實的檢驗。為此，需通過“太極2號”雙星計劃對“太極計劃”絕大部分關鍵技術進行高指標的在軌驗證，幫助判斷地面所做的測試、分析、評估和拓展等實驗是否合理，提升關鍵技術的穩(wěn)定性和可靠性，降低空間引力波探測“太極計劃”的技術風險。

“LISA探路者號”作為單星技術驗證星，其驗證的技術極為有限，不到空間引力波探測關鍵技術的四分之一?！疤珮O2號”雙星將覆蓋絕大部分（約90%）的關鍵技術，是真正意義上的關鍵技術驗證衛(wèi)星。對LISA團隊參與“太極2號”計劃的合作具有吸引力。通過分析和研究“太極2號”關鍵技術在軌驗證的結果，較全面地掌握空間引力波探測所涉及的關鍵技術，將為空間引力波探測“太極計劃”最終的“太極3號”三星組的成功發(fā)射鋪平道路。

5 結束語

空間引力波探測涉及基礎物理、天文學、宇宙學、光學、精密測量物理、電子工程、航空航天等諸多學科領域。空間引力波探測的開展，必將極大促進相關學科的前沿研究，促進各學科的融合發(fā)展?？臻g引力波探測太極計劃將充分發(fā)揮中科院長期聚集的多學科人才優(yōu)勢，長期積累的前瞻性高端技術與大科學裝置綜合平臺，以及學科交叉和科教融合特色。空間引力波探測太極計劃將吸引全國優(yōu)勢力量，凝聚引力波理論研究和探測實驗的科研工作者，致力于開展空間引力波探測的研究工作，并培養(yǎng)一大批基礎研究和工程實施的高素質人才。

空間引力波探測涉及一系列前瞻技術。在空間激光干涉儀方面需大功率穩(wěn)頻激光器和激光干涉系統(tǒng)，需采用無拖曵技術控制的超穩(wěn)超靜衛(wèi)星平臺，需測量超低重力水平的高靈敏度引力參考傳感器，需控制各種噪聲以分辨出引力波引起的微小距離變化，需與實驗設備一體化的衛(wèi)星設計和研制，這些都是急需研究解決和攻克的空間引力波探測關鍵技術。我國空間引力波探測研究與國際相比起步晚，目前的技術能力與國際先進水平還有一定的差距，須加快研究步伐，盡快投入必要的人力物力，通過集中優(yōu)勢力量研發(fā)以及相應的國際合作來加速縮短與國際先進水平的差距。

空間引力波探測“太極計劃”擬在2030年左右發(fā)射由位于等邊三角形頂端3顆衛(wèi)星組成的引力波探測星組，用激光干涉方法進行中低頻段引力波的直接探測。主要科學目標是探測和發(fā)現(xiàn)大質量雙黑洞并合和極大質量比天體并合時產(chǎn)生的引力波輻射，以及宇宙中其它各種可能的中低頻段的引力波輻射過程。將通過國際合作的途徑，使我國空間引力波探測衛(wèi)星組與國際上另一空間引力波探測衛(wèi)星組能同時并獨立地進行空間引力波探測，以便互相補充和檢驗測量結果。