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一个世纪前，爱因斯坦根据广义相对论预言重力波存在的双黑洞合并产生的重力波是2015年首次在地面上直接观测到。 在水面上比喻时空，重力波是重力留在时空中的涟漪，它为人类探索宇宙的奥秘打开了不同于电磁波的新窗口。 中华人民共和国70岁生日前夜，中国第一颗空间重力波探测技术卫星“太极一号”顺利完成了第一阶段的轨道测试任务，中国空间重力波探测揭开了里程碑式的新网页，这颗“星”再次吸引了世界目光。 它是测量“蚂蚁推动卫星的加速度”，将来实现空间重力波检测的核心设备“重力参考传感器”，以兰州中国宇宙科技集团有限公司五院五院五十所(以下简称510所)空间环境检测负荷中心为中心，与中国科学院长春光学与精密机械研究所合作开发。 也是510年以来研究基础的静电悬浮加速度测量技术的首次轨道应用。 510三代人的保护，在对“不可能”的终极挑战中诞生了“中国第一个”！ 兰州日报社全媒体记者何燕/文510提供的图
太极”太急510人请求参加
在《易经》中，“太极”是指天地间最原始的状态。 “太极计划”联合首席科学家、中国科学院院士胡文瑞宣布，中国空间重力波探测“太极计划”由以太阳为中心的三颗卫星组成，呈正三角形编队，各卫星间距300万公里，利用高精度星间激光干涉测距技术和无拖动航天技术等实现。 与空间重力波探测相关的核心技术，如高精度超稳定激光干涉仪、重力参考传感器、超稳定超静无拖动控制、微牛级推进器等，都在“太极一号”中通过轨道实验验证了可行性和实现途径。
“我们内部有“太极”这个词。在接受任务的初期，我觉得不能按计划完成。 比起研究7年的空间电场探测器，这个期限1年的项目感情更深，心里更感慨！ 45岁的510所空间环境探测负荷中心技术负责人雷军刚，已经在“神舟”“张衡一号”等星(船)空间微重力、重力场和空间电场测量等一线科研岗位奋斗了20馀个寒暑，是510所“太极一号”项目惯性传感器技术负责人。
2018年7月8日，胡文瑞院士特地来到510处，邀请510处中国科学院长春光机所共同研制中国科学院空间科学(二期)战略先导科学技术专业星微重力技术实验卫星(“太极一号”命名前的名称)引力参考传感器(也称惯性传感器)。 不仅是“太极一号”，也是下一阶段“太极”的重要技术双星验证星和今后2030年“太极”三星计划不可或缺的核心负荷。 “目前，在国内长期研究静电悬浮加速度测量技术的公司中，华中科技大学还参与了另一项计划“天琴计划”，510所学校也是国内最优秀的团队之一，参与了中国科学院的“太极计划”。”
测量了蚂蚁推动卫星的加速度
重力波信号极微弱，要实现空间重力波的探测，必须突破当前人类精密测量和控制技术的局限性，其重要技术指标从未在地面上实现和测量过，技术难度从来没有过。
“太极一号”第一阶段是轨道测试和数据分析的结果，510家公司研究的重力参考传感器的测量精度达到地球重力加速度的百亿分之一水平，相当于蚂蚁按下“太极一号”的加速度。 “卫星于8月31日发射，9月2日上午8点4分到8点12分，惯性传感器首次上轨道！ ”雷军刚刚准确记住了这个重要的时刻，他和王佐磊、敏健三人从9月12日到9月20日继续进行传感器的轨道性能测试，结果令“太极一号”卫星总、分系的所有科学家高兴。
“利用惯性传感器的技术可以监视太阳照射的最微弱的光的压力、宇宙极稀薄的气体阻力、来自地球的反向照射压力”，雷军刚表示，惯性传感器应用了具有510个20年预研究基础的高精度静电悬浮加速度测量技术。 “通过静电力，使纵横各4厘米、高1厘米的方形钛合金的检测质量块漂浮在惯性传感器的敏感结构的重心，同时位于“太极一号”的中心。 在轨道测试中，其重心与卫星质量重心的一致度优于0.1毫米！ ”雷军刚刚说“就像在过山车上稳定水一样”，这个过程看起来很简单，很难实现。 这需要重力参照传感器正确测量质量块的加速度和相对位移，通过正确的静电反馈控制技术使其在中心位置“稳定”，实现卫星重心、压心、重力中心的“三心一体型”。
重力参考传感器在轨道性能测试中“达到”，为“太极一号”微推力器提供了正确的标定，并发挥了开展无拖动控制试验等重要作用。 “太极一号”在我国实现了迄今为止最高精度的空间激光干涉测量，在我国首次进行了轨道拖曳控制技术试验，国际上首次实现了微牛级无线电波离子和双模电推进技术的轨道验证。 其中，激光干涉仪的位移测量精度达到百皮米级(约1原子直径)，微螺旋桨的推力分辨率达到亚微米级(相当于芝麻粒重量的1万分之一)。
在几十微米的空间里稳定地漂浮
9月21日，中国科学院“太极一号”第一阶段发表轨道测试结果的第二天，“太极计划”首席科学家胡文瑞院士来到510所房子表示感谢。 510引力参考传感器开发团队的很多人都哭了。 "过程艰难，但不会辜负科学家的信任. "
“感谢太极一号”，我们在轨道上首次应用了20年前研究的成果！ 我们很幸运，三代人的努力在我们这一代实现，证明我们能做到！ 」男人流着眼泪不轻拂，510个技术设计部的经理毛俊程说着感人的话，已经哽咽了。
1986年，有510件道安提议与德国人合作研究微重力，积极地决定了这项研究的方向。 从2000年开始，510个勇敢的峰值对高精度静电悬浮加速度测量技术这一最精密的空间测量技术之一产生了冲击，从重力参考传感器系统主管设计师王佐磊的薛大同先生，测量到了1万分之1到100万分之1的地球重力加速度。 “2008年克服1G重力实现了6自由度的地面稳定漂浮，我们的技术是当时国内第一个，测量精度是地球重力加速度的1亿分之1。”负责引力参考传感器静电漂浮加速度计控制系统开发的陈光锋博士说，“静电漂浮加速度计上天前，首先要进行地面漂浮的验证，首先要“漂浮” “敏感构造中的检测质量块和上下左右的间隙只有20微米，在数十微米的空间里稳定浮游的是陈光锋的手臂。”毛俊程说。
“到今年2月的春节，从8月的发射只过了半年。 质量块还不能“浮起”毛俊程先生说，当时大家都有压力。 据说“从中心来了各种各样的“大牛”，做了好几代加速度计的科学家一起调查了问题”。 中国科学院的专家和领导人也坐不住，预定乘飞机来兰的“监督战”。 前一天晚上，整个团队反复检查数据，当时请宇宙五院钱学森实验室的基因博士协助寻找问题，终于立即检查了高压耦合干扰和控制算法的缺陷等问题。 “专家和领导刚下飞机，我们就“处理”。 “批发会”成了“庆功会”，大家都过得很好。 」毛俊程说。
在“复盖天空的风沙”中寻找微弱的信号
由于引力参考传感器的精度要求非常高，加工精度要求也极高，其中质量检测块的加工精度为1微米，其难易度使国内最优秀的光学和机械精密加工单位中最优秀的精密研磨工人惊慌失措。 与检查品质块相连的金线是头发的三分之一粗，担负着传递信号的使命，510人被称为“生命线”。
重力参照传感器的质量块位移采用电容位移检测技术，检测精度达到十皮米级，约为原子直径的十分之一。 “这个水平的信号非常微弱，但是电路信号像风、沙尘和海一样喧闹，我知道从那里很难找到这样微弱的信号。”李云鹏说。
“从首席科学家到工程部门的老师都很着急！ 院士、专家说:“指标在地上是无法测量的，前几天谁知道？ ’问道。 第二次使院士专家焦急，是这个重要指标
因此，小组做了细致的测试评估工作，列出了所有影响因素，逐一评估了发生原因、影响的大小等，王佐磊进行的地面测试评估报告达数十页，有力地预测了轨道上的指标。 “前几天的指标和我们的评价指标一样。 直到得出轨道性能的测定结果的瞬间，一直持续静电悬浮加速度测定技术的研究的17年的王佐磊感到很自豪。
结束
“太极一号”第一阶段轨道测试成功后，雷军感慨万千地写下了“青玉案·微星”一词。 “东风遥舟快，天地辽阔，微星安静。 箭每月反映初心。 南北开始移动，从西东缘开始，时间凝结。 时间感到分开，微华曳星寻找太极。 不露眉根地夜吟，敲入沉问，不知不觉地抬起眼睛净化万里”
雷军刚介绍，静电悬浮加速度测量技术是未来空间重力波探测中“测量500万公里微米量级变化”的重要设备，作为关键技术应用于超高精度惯性导航、全球变暖和重力环境研究等重大先进的空间科学研究和工程应用领域。 510个重力参考传感器的研制成功表明，中国在这样一个先进的宇宙高度领域处于领先地位。
