空间引力波探测相关技术和科学应用系统专题 | 《中国科学：物理学 力学 天文学》

《中国科学：物理学 力学 天文学》中文版2024年第7期出版“空间引力波探测相关技术和科学应用系统专题”，欢迎阅读！

编者按

引力波的成功探测是21世纪物理学和天文学的重大突破. 自2015年LIGO (激光干涉引力波天文台)首次直接探测到引力波以来, 这一领域取得了显著进展. 作为一种全新的观测手段, 引力波为探索宇宙提供了新的视角, 成为研究黑洞、中子星等致密天体及宇宙早期演化、引力理论的重要工具. 空间引力波探测因其更长的基线, 能够覆盖更广的频段, 探测到地面引力波探测器无法观测到的信号, 成为科学研究的热点. 灵敏频段在毫赫兹附近的空间引力波探测计划包括欧美主导的LISA (空间激光干涉仪天线)和中国提出的太极和天琴计划等.

空间引力波探测是一项复杂而具挑战性的任务, 涉及多个领域的尖端技术和复杂的工程实现, 以及多元噪声抑制、海量数据处理和混合信号提取等过程. 探测器需要测量极其微小的时空扰动, 需在数百万公里基线上检测到相当于1%原子间隔的位移变化. 这要求超高精度的激光干涉技术、稳定的激光源及先进的光学系统. 同时, 高稳定性的惯性传感器为测距提供参考基准, 其性能直接影响探测器的灵敏度. 挑战还包括如何在微重力环境中实现低噪声水平、强抗干扰能力和精密控制技术. 此外, 航天器还需具备无拖曳控制、多自由度姿态控制和超远距离激光捕获等技术, 这些都对工程实现、系统集成和调试提出了极高要求. 最后, 从数据中有效提取引力波信号对数据处理提出了巨大挑战, 包括波源模板建设、识别时频域交叠波源和全局拟合等. 总之, 空间引力波探测面临多方面的挑战, 需要科学家、工程师和技术专家的共同努力.

本期专题邀请多位专家撰写关于空间引力波探测相关技术与科学应用系统的综述和研究论文, 旨在呈现这一领域的最新进展与未来展望. 这些文章涵盖了从探测技术到科学应用的多个方面, 展示了空间引力波探测领域的多样性与复杂性, 包括: 空间引力波探测的现状与展望、科学数据处理的挑战和人工智能技术的应用、激光干涉技术、惯性传感器及其关键技术、地面测试、多自由度电容传感标定测试方法, 以及毫赫兹引力波背景的新物理产生机制. 通过这些文章, 希望为读者展示空间引力波探测领域的最新研究成果和发展趋势, 展示当前的技术水平和面临的挑战. 相信随着科学技术的不断进步和国际合作的深化, 空间引力波探测将在探索宇宙奥秘、检验基本物理理论等方面发挥越来越重要的作用, 推动人类对宇宙的认识不断深入.

汤勇

中国科学院大学

专题篇目

编者按

空间引力波探测相关技术和科学应用系统专题·编者按

汤勇

2024年, 第54卷, 第7期, 270401

评述

空间引力波探测现状与展望

倪维斗

2024年, 第54卷, 第7期, 270402

空间引力波探测科学数据处理的挑战与人工智能技术的应用

王赫, 杜明辉, 徐鹏, 周宇峰

2024年, 第54卷, 第7期, 270403

空间引力波探测惯性传感器及其关键技术

王少鑫, 郭纬川, 赵平安, 王娟, 董鹏, 徐鹏, 罗子人, 齐克奇

2024年, 第54卷, 第7期, 270404

面向空间引力波探测的激光干涉技术研究进展及展望

王娟, 齐克奇, 王少鑫, 高瑞弘, 李磐, 杨然, 刘河山, 罗子人

2024年, 第54卷, 第7期, 270405

引力参考传感器地面测试扭摆研究进展

李华东, 高志勇, 王智

2024年, 第54卷, 第7期, 270406

论文

基于惯性传感器的多自由度电容传感标定测试方法

刘东旭, 王少鑫, 齐克奇, 董鹏, 郭纬川, 贾建军

2024年, 第54卷, 第7期, 270407

毫赫兹手征引力波背景的类轴子场起源

丁可忆, 付成杰, 徐宝屿, 张云龙

2024年, 第54卷, 第7期, 270408