激光天文动力学弱光锁相的研究

近年来激光物理与应用的进展促成了激光天文动力学空间任务概念的提出。在激光天文动力学任务概念研究方面，必须对由远程航天器上传回的激光进行讯号的测量与处理。激光经过长距离的传输后，功率大幅下降，因此在空间任务概念的考虑上，弱光锁相是计划中关键性的技术。由航天器射来的激光，经过望远镜聚光后与本地激光进行锁相，由本地激光承载及传达太空激光的相位信息。实验中，我们使用2支半导体激光泵浦非平均环形共振腔钇馏石激光（Diode laser pumped non-planar ring cavity Nd:YAG laser），分别代表远程的弱及光代表本地的强光，建立弱光锁相环路系统（weak-light phase-locked loop system)。以中性光强度滤光器（ND－filter;neutrel density filter)减弱光讯叫来仿真远程激光传来的弱光。在相位探测部分使用均衡探测法，消除激光强度噪声，以提高讯噪比。同时配合适当的环路滤波器，控制激光频率，提高锁相的能力。对2nW的弱光与2mW的强光可长时间锁相，其均方根相位误差为５７mrad。 200Pw的弱光与200μW的强光锁相时间可达2h以上，其相位误差为200mrad。20pW弱光与200μW的强光锁相时间亦可达2h以上，其相位误差为160mrad。最后，我们对2pW的弱光与200μW的强光锁相，锁相后的相位误差为290mrad，锁相时间可维持一分半钟。     

小型激光天文动力学空间计划概念

小型激光天文动力学空间计划是 :使用在太阳轨道上无拖曳航天器和地面站以激光干涉和脉冲测距的方法 ,精确地探讨天文动力学 ,检测相对论与时空基本定律 ,改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳、行星和小行星的参数。 1 969年开始的月球激光 (反射 )测距 ,对地球物理、参考坐标的选定、相对论的检验均有重要的贡献。 3 0年来 ,激光技术的长足进步 ,使现在正是适合于开始进行研究空间有源 (主动 )测距和光波空间通讯的时候。激光天文动力学的兴起是必然的趋势 ,其精确度将比现在提高 3到 6个数量级 ,将是天文动力学革命性的发展。小型激光天文动力学空间计划可以起到带头作用。它的关键技术有三 ,即 :弱光锁相、极精确无拖曳航天和高衰减日冕仪。弱光锁相已有长足的进步。对高衰减日冕仪的研究 ,也有了初步的方案。LISA空间计划将于 2 0 0 6年 8月发射SMART -2 ,研究测试极精确无拖曳航天。小型激光天文动力学空间计划的关键技术已日趋成熟。在第一届国际激光天文动力学研讨会 ( 2 0 0 1 ,9.1 3 -2 3 )中介绍了各相关学科背景及前沿研究 ,讨论了激光天文动力学空间计划科学目标及相关技术 ,并召开了两次小型激光天文动力学空间计划预研究筹备会 ,建立了和欧洲的合作关系。会后着手进行此项对基础     

小型激光天文动力学空间计划概念

小型激光天文动力学空间计划是：使用在太阳轨道上天拖曳航天器和地面站以激光干涉和脉冲测距的方法，精确地探讨天文动力学，检测相对论与时空基本定律，改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳，行星和小行星的参数。1969年开始的月球激光（反射）测距，对地球物理，参考坐标的选定，相对论的检验均有重要的贡献。30年来，激光技术的长足进步，使现在正是适合于开始进行研究空间有源（主动）测距和光波空间通讯的时候。激光正是适合于开始进行研究空间有源（主动）测跑和光波空间通讯的时候。激光天文动力学的兴起是必然的趋势，其精确度将比现在提高3到6个数量级，将是天文动力学革命性的发展。小型激光天文动力学空间计划可以起到带头作用。它的关键技术有三，即：弱光锁相，极精确无拖曳航天和高衰减日冕仪。弱光锁相已有长足的进步。对高衰减日冕仪的研究，也有初步的方案。LISA空间计划将于2006年8月发射SMART－2，研究测试极精确地拖曳航天。小型激光天文动力学空间计划的关键技术已日趋成熟。在第一届国际激光天文动力学研讨会（2001，9．13－23）中介绍了各相关学科背景及前沿研究，讨论了激光天文动力学空间计划科学目标及相关技术，并召开了两次小型激光天文动力学空间计划预研究筹备会，建立了和欧洲的合作关系。会后着手进行此项对基础物理，太阳系探索及引力波天文学有重要科学价值的空间计划预研究。     

ASTROD 1中的望远镜前指量研究

单航天器激光天文动力学空间计划ASTROD1是激光天文动力学ASTROD的第一步,通过发射绕太阳的无拖曳航天器,并且当航天器处于太阳背面附近时,与地面站进行深空激光测距,以执行科学任务。该文计算了ASTROD12015年的轨道、提出了判断轨道精度是否满足任务需要的方法、分析了地球和航天器的位置同望远镜前指量之间的关系并且给出了望远镜前指量的结果。     

ASTROD-GW轨道设计

激光天文动力学引力波探测任务ASTROD-GW(ASTROD[AstrodynamicalSpace Test of Relativity Using Optical Devices Optimized for Gravitation WaveDetection)是ASTROD专注于探测引力波的优化方案,其航天器轨道在日地拉格朗日点L_3、L_4、L_5附近,构成一个接近等边的三角形阵列,干涉臂长约为2.6×10~8 km,其可探测的引力波波长可达LISA(Laser Interferometer Space Antenna)的52倍.文中综述ASTROD-GW轨道的设计和优化方法.轨道经优化后,其臂长差(在激光干涉测量中可称为干涉差)10 yr内的变化为10~(-4) AU量级、3个臂长方向的多普勒速度小于4 m/s,均小于LISA的要求,因此LISA发展的激光测距技术可用于ASTROD-GW.     

航天时代的彗星(Ⅰ)

1957年第一颗人造卫星上天开创了天文研究的航天时代。但直到七十年代才首次将航天器用于彗星研究。八十年代将有专用的航天器奔赴彗星作近距探测。已被多种航天器探测过的彗星仅20多颗。以航天探测为特征可称它们为航天时代的彗星,分三大类:(1)用现成航天器作过紫外观测的彗星; (2)由人造卫星发现的新彗星;(3)将用航天器作近距探测的彗星。 本文列出这些彗星的一览表,共31颗,其中以航天紫外观测彗星最多共19颗,本篇介绍这些彗星中的重要者。 在下篇将介绍由人造卫星发现的撞日彗星和近地彗星,以及计划用多个航天器作近距飞越探测的哈雷彗星和用航天器作会合追踪探测的几颗彗星的候选对象。     

一种激光导引星自适应光学系统中激光上行到达角起伏测量方法的研究

激光导引星波前倾斜测量问题是限制自适应光学技术在天文领域广泛应用的关键问题之一。测量并改正激光上行到达角起伏是解决这一问题的有效方法。提出一种基于统计平均算法而不依赖自然导引星和辅助望远镜的测量方法,可以有效地测量出激光上行到达角起伏。利用具有子孔径阵列的哈特曼波前传感器对激光信标进行探测,选择部分子孔径进行倾斜量的统计平均以获得激光上行到达角起伏。仿真了统计平均算法的误差随子孔径数量的变化关系。结果表明,最小算法误差相对于望远镜全口径倾斜误差的下降比例与大气相干长度无关,而与望远镜口径有关。望远镜口径越大,算法误差相对于全口径倾斜误差下降越多。当望远镜口径为10 m时,最小算法误差下降为望远镜全口径倾斜误差的33%。     

深空探测天线阵大气相位扰动修正方法综述

大气相位扰动的实时修正,是深空探测天线阵微弱信号合成的关键技术。首先研究了造成大气相位扰动的原理及特点,对比分析了电离层和对流层对信号合成时的相位扰动影响。总结了国内外对流层延迟模型的研究现状,并对其应用于相位扰动实时修正中的不足进行了分析。阐述了深空探测与射电天文天线阵修正方法的异同,针对几种基于实测的深空阵大气相位扰动修正技术进行了对比研究。最后总结常用修正技术的不足,提出结合多种测量方法的综合修正技术,展望了高频段信号相位延迟的研究。     

深空探测天文自主导航技术综述

自主导航技术在提高深空探测器自主生存能力、减轻地面测控负担、完成探测任务特殊阶段导航等多方面具有明显的优势,已经成为世界各国研究的热点。我国火星探测工程已经启动,将来还有其他小行星、彗星和行星及其卫星的探测计划。详细阐述了发展天文自主导航技术的必要性,阐述天文导航技术的基本原理及优势,并对国内外深空天文自主导航技术以及应用情况进行概述,总结了发展天文自主导航的关键技术。根据分析提出我国发展深空探测自主导航技术的建议与思考。     

高精度天体视向速度测量技术研究进展

近年来,尽管对太阳系外行星探测的手段层出不穷,视向速度测量依然是探测太阳系外行星卓有成效的方法。随着探测太阳系外类地行星的呼声日益高涨,大幅度提高视向速度测量精度的任务迫在眉睫。为了提高天文光谱仪的稳定性,人们采用真空或恒温、恒压的仪器工作环境来确保视向速度的测量精度;同时,激光频率梳技术的出现又为天体视向速度测量系统提供了一个高精度的光谱定标源。将激光频率梳技术应用于天体视向速度测量是今后一段时间内的研究重点。