Metrology的Accration与卫星间链接展示

文章作者:Bill Schweber

厌倦了解技术进步很容易。我们所有人 - 特别是非技术公众 - 如此淹没了真正令人印象深刻的壮举，很快很多，如果不是全部，那么“那么，那就没有大的交易”活动。当您定期创建技术“奇迹”时，观众很容易讨论让他们发生的工作和持久性。有一个旧工程格言，该项目的最后10％需要90％的努力，这在很大程度上（这些百分比在项目中有所不同）。

考虑基于基于基于基于的测量和测量。回来后，当乔治华盛顿是一名测量师时，它需要拖延和延伸穿越地形加上费力计算的链条（而且它们的许多结果都是惊人的准确性），但现在它是使用GPS引导的，基于GPS引导的激光的范围速度快速而无痛的算法几乎毫不费力地执行。当然，即使似乎是这样的，这种同时改善了两种准确性和速度的数量级，也没有快速或容易地出现。

尽管这些真正令人难以置信的进步，但科学家和工程师们越来越多地努力，改善需要几乎不想到的复杂和复杂的仪器。例如，通过重力回收和气候实验（GRACE）来证明，其在其在操作期间连续地在轨道卫星之间实现基于激光的干涉测定法，在不中断的情况下连续运行（约850轨道）。我很清楚：这不是基于地球的轨道航天器的链接。相反，其激光测距干涉仪（LRI）直接将两个卫星相隔约220公里，以便精确和实时测量。LRI重量仅为25公斤，需要35 W，这两个共同参数令人印象深刻的“大图”规范。

为什么要做这个项目?除其他原因外，它允许对轨道变化进行超精确的评估，而轨道变化在很大程度上是由地球引力场的变化引起的，引力场远非均匀的，实际上可能会发生变化(例如，地震导致质量的变化)。另一个用途是激光干涉空间天线(LISA)，它将探测到频率低得多、灵敏度高得多的引力波，而现有的地基激光干涉引力波天文台(LIGO)近年来取得了惊人的成功。

航天器之间的五次自由双向激光连杆成功地连接和同步第一次尝试。该系统的每个元素代表真正的尖端和超越技术。LRI的激光输出功率仅为1064.5nm的25mW，两颗卫星都携带相同的光学腔，其中一个稳定在“主”卫星上的激光频率。光束转向镜使具有140μr的半锥角的光束具有两个轴上的几毫拉的范围，速度大于100Hz。LRI传输光束必须指向另一个远距离航天器，以优于100μRAD精度，以确保需要足够的光 - 只需要几个纳米纱线 - 到达遥远的接收器的孔径。

LRI设计核心的高层框图(每个卫星一个)是复杂的，(图1）;我无法想象一个详细的系统框图或电子、光学和机械原理图显示了什么。该软件必须执行大量的程序，从基本的光束管理到基于广义相对论所描述的“失真”的高级数据校正。

图1两个航天器上LRI单元的功能概述。LRI单元包括激光器、腔体、激光测距处理器(LRP)、光学台架电子(OBE)、三镜组件(TMA)和带有快速转向镜(FSM)的光学台架组件(OBA)。(图片来源:物理评论快报)

我不会重复设计、实现、操作和测试结果的细节，包括噪声和误差分析或结果中的置信度。这些都在他们的详细论文中进行了讨论"Grace的轨道性能跟随激光测距干涉仪发表在著名的《美国物理学会物理评论快报》(Physical Review Letters of the American Physical Society)上，有来自13所大学和商业组织的50多名作者。除了技术和实现之外，管理这个项目必须是一个挑战。

像这样的进步是非常令人印象深刻的，但由于他们的复杂性，深奥的性质和难以描述的影响而没有得到很多关注。相比之下，基于地球的激光干涉仪重力波天文台（Ligo）项目确实得到了很多关注 - 加上一个当之无愧的诺贝尔为该项目的领先物理学家（见）https://www.laserfocusworld.com/test - measurement/research/article/16569615/ligo科学家——接受——2017——————诺贝尔物理学奖”);我认为它引起的广泛关注部分是由于它所引发的诸如“实验最终证实了爱因斯坦对引力波的预测”这样的标题——你无法在关键词点击中打败它!

你了解这些极其精确，复杂的物理和光电项目吗?有没有一些让你印象深刻的，或者你觉得被高估了的?他们离你感兴趣的地方太远吗?