[科普中国]-空间引力实验的关键载荷—自主研发的星载静电悬浮加速度计

20日，天舟一号货运飞船成功发射升空。天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船，将与天宫二号空间实验室完成交会对接，实施推进剂在轨补加，突破和掌握推进剂在轨补加等关键技术。天舟一号空间应用系统还开展了非牛顿引力实验等四项科学技术实验。

据了解，“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”项目由华中科技大学引力中心承担。

“非牛顿引力实验检验”拟利用微重力环境检验微米作用距离下物体之间的引力是否满足牛顿万有引力定律，这是一个纯基础物理实验。

为完成对该实验的关键技术验证，项目组开发了基于皮米级电容传感和微伏级静电控制技术的加速度计，称之为静电悬浮加速度计，该加速度计是非牛顿引力实验的技术基础。

据悉，该项目利用天舟一号货运飞船的空间环境，对高精度静电悬浮加速度计进行在轨检验。通常地球表面重力加速度为1g（9.8m/s2），该项目验证的静电悬浮加速度计分辨本领达到10^-11g量级，相对于地球表面重力加速度的大小，可以分辨其小数点后第10位的加速度变化，极其精密。目前也仅有法国等几个极少数国家掌握了其全部技术。

与传统弹簧连接式加速度计相比，静电悬浮加速度计精度高，技术难度大。

华中科技大学引力中心从2000年开始，连续攻关，从理论机理、关键技术、研制工艺、测试与标定等方面开展系统研究，最终研发出了具有自主知识产权的、不同测量精度的静电悬浮加速度计系列产品。

该项目的高精度静电悬浮加速度计装置由两个设备组成，其中探头盒实现高精度加速度的测量，电控盒为探头盒提供电源保障和实现与卫星平台之间的数据通信功能等。

非牛顿引力实验检验装置探头盒和电控盒

天舟一号在飞行过程中，静电悬浮加速度计会受到航天器振动噪声的干扰。同时，天舟一号还搭载了由中科院空间应用工程与技术中心研制的主动隔振装置，该装置能够隔离飞船振动干扰，为静电悬浮加速度计提供了一个平稳的实验平台。静电悬浮加速度计和主动隔振装置二者相辅相成、互相支撑。

空间引力波探测将利用数十万到上百万公里距离的多个航天器编队组网开展引力波探测。空间引力波探测中，需要达到10^-15m/s2。

以上的高精度测量和控制航天器的加速度扰动，基于电容位移传感和静电反馈控制的惯性传感器成为首选的研制方案。

出品：科普中国

制作：中国科学院空间应用工程与技术中心 华中科技大学引力实验室 中国科普博览

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