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据搜狐科技、新浪科技和网易科技的“资料汇编”,我们知道中国也正在积极布局引力波探测和研究,中国科学院2月16日公布了空间引力波探测与研究的“空间太极计划”,按照这一计划,我国将在2030年前后发射由位于等边三角形顶端三颗卫星组成的引力波探测星组,用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测,主要科学目标是观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射,以及其它的宇宙引力波辐射过程。此前,中国本土重大引力波探测工程“天琴计划”已经于2015年7月份正式启动,部分关键技术研究已有具体进展,目前正在立项中,中山大学“天琴计划”是以引力波研究为中心,开展空间引力波探测计划的预先研究,制定中国空间引力波探测计划的实施方案和路线图,开展关键技术的研究。
从中国科学院和中山大学公布的引力波探测计划中,我们可以看出几点:
一:中科院和中山大学早在LIGO的国际合作团队宣布成功地探测到引力波之前就已经开展了项目的前期研究,并不是受到LIGO重大发现的激发而产生的“一时冲动”的决策行为。空间引力波探测被列入中科院制订的空间2050年规划,2008年由中科院发起,中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与,成立了中国科学院空间引力波探测论证组。经过几年的努力,目前已形成中科院院士胡文瑞、吴岳良为首席科学家的“空间太极计划”工作组,在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。中山大学的“天琴计划”将分四个阶段实施:第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施;第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证,以及空间等效原理实验检验;第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证,以及全球重力场测量;第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术,发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。
二:可以将中科院的“太极计划”和中山大学的“天琴计划”理解为中国版的“eLISA”。“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划,目前有两个方案:方案一是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划;方案二是发射一组中国的引力波探测卫星组,与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空,进行低频引力波探测。,“空间太极计划”涉及学科领域和前端技术广泛,需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器,以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术,这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义,对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
三:需不需要将“太极计划”和“天琴计划”进行“合并重组”的问题。仅仅“天琴计划”完成全部四个子计划,大约需要二十年的时间,投资大约150亿元人民币,于是,有的科学家提出,是不是可以从节约资金,避免重复建设的角度出发,将中国的两大基础科学工程项目合并成一个,科学家的这些“议案”值得考量,如果资金宽裕,科技人才济济,当然是建立“两套班子”好,互相鼓励、互相竞赛,更快地推进中国的空间探测技术,像LIGO就是“一套班子、两套装置”,一套装置在华盛顿州,另一套装置在路易斯安那州,两套LIGO的激光干涉仪几乎同时发现了引力波的信号。我们可以设想一下“太极激光干涉仪”和“天琴激光干涉仪”几乎同时发现引力波信号的场景,两路信号的抵达可以帮助中国科学家进行信号的比对,看看是不是同一个波源产生的信号;如果资金紧张、科技人才不足,设立“一套班子”也未尝不可,在中科院的统一部署下,将“太极计划”和“天琴计划”合并成中国版的“eLISA”计划。
四,中国版的“eLISA”可以和欧洲航天局的eLISA开展合作。不是简单的效仿,而是在合作中选择创新,从中科院和中山大学公布的计划来看,中国的空间物理学家承当了太多的科学使命,属于“一揽子”、或“一篮子”的计划,几乎达到了振兴中国空间科学的高度,相比较而言,欧洲航天局的eLISA使命似乎要简单一些,因为很多的空间技术可以直接地应用到对空间引力波的探测中。考虑到中国的空间技术已经处在世界的先进行列,在实施中国版的“eLISA”时可以实施“合作为辅、自主为主”的推进策略。中国科学家的历史责任感令人肃然起敬,我们不必担心数百亿元的科研经费投入达不到预期的结果,我们从中国科学家的热情和决心中可以感受到他们的雄心壮志,引力波探测不是那么简单,完全可以看成是振兴中国空间科学的一项伟大举措,中国在实施空间站、探月、火星探测工程等之后又制定了引力波探测计划,引力波探测工程和中国在7月份即将发射的太空望远镜工程一样,属于国家级的重大基础科学工程,这些计划的成功将彻底地改变中国空间科学还相对落后的局面,将“中国近代对天文学、宇宙学的贡献为零”的说法扫进历史的垃圾桶,将中华文明置于一个新的科学高点。
至于中国一旦在太空引力波探测领域获得成功之后,美国航天局会后悔失去了和欧洲航天局合作的机会,那只能怪美国当局“挪用资金”,有世界第一的军费开支,却“百般克扣”太空引力波合作探测的经费,尽管美国还是世界上科研经费投入最多的国家,是世界上科学创新能力最强的国家,但是,美国在太空引力波探测领域并不是世界上“最牛的钉子户”,不仅如此,美国航天局在探月和火星探测等领域也是进展缓慢,并没有在电影《火星救援》中表现得那么好,不是美国缺少一流的科学家和工程师,而是不能拿出更多的经费,没有“不差钱”的经费支撑,航天局的科学家和工程师本来可以做得更好,却也会因为经费紧张而“唉声叹气”,美国当局可以消减军费,增加科研经费的投入,加快登月和火星载人登陆计划的步伐,减少对私人火箭飞行器的依赖等等。撇开美国空间引力波探测计划的缺失不谈,我们更关心中国空间引力波探测计划的实施,下一步需要研究如何实现“太极计划”和“天琴计划”合作共赢的课题,争取以最有效的方式实现中国在这一空间探测领域的突破。
(邓如山2016-3-14)
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