僅美國有的高難度航天技術，中國成功掌握，將促進中國空間站建設

近日，中國以微牛級變推力冷氣推進技術為依託，我國「天琴一號」衛星成功實現了「無拖曳控制」。

衛星的「無拖曳控制」是一項高難度的航天技術，隨著我國載人飛船 、空間站等計劃的實施 ，必將進一步推進我國空間基礎物理 、微重力科學 、對地觀測和衛星導航等領域的研究。

這些領域的空間實驗研究幾乎都要求太空飛行器平台的殘餘擾動力儘可能小。例如，空間基礎物理實驗中的引力波探測 、等效原理檢驗 、短線程效應和坐標系拖曳效應的測量以及高精度衛星重力測量都要求太空飛行器平台的殘餘擾動加速 度小於 10~m/s甚至更低。

而太空飛行器平台由於受到大氣阻尼 、太陽光壓、宇宙射線等外部環境擾動和結構振動 、姿態調節、內部部件運動等自身擾動的限 制 ，其殘餘擾動約在 1X10^-3~1x10^-5 m/s ^2水 平 ，遠達不到空間高精度實驗的需求指標。

所以就必須要依賴無拖曳控制技術，無拖曳控制技術是指抵消除引力以外所有干擾衛星的力。這樣衛星才能成為一個「超靜超穩」的平台。

可以說，太空飛行器無拖曳控制是是獲得超低微重力水平衛星平台的重要途徑，是空間引力實驗與高精度衛星重力測量的關鍵技術之一，它也使得空間引力波探測成為可能。

引力波是指時空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量。引力波觀測將促進我們對宇宙的進一步認知，是一個探索宇宙的全新重要窗口。

我國主要有三個大型引力波探測項目，一個是由中科院胡文瑞院士和吳岳良院士作為首席科學家的太極計劃；另外一個太空計劃是由中山大學羅俊院士領銜的「天琴計劃」；第三個是由中科院高能物理研究所主導的「阿里實驗計劃」。

早在2019年8月31日，「太極一號」衛星成功發射。2019年12月，中國在國際上是首次實現;在成功實現加速度模式無拖曳控制實驗後，進一步完成了位移模式下的太空飛行器在軌無拖曳控制，率先實現了我國兩種無拖曳控制技術的突破。

在成功掌握了無拖曳控制技術後，中國也開始開展微牛級變推力冷氣推進技術的在軌驗證。微牛級變推力技術是實施無拖曳控制的前提，也是空間推進技術發展的重要方向。1微牛的力大約等於1厘米頭髮絲的重量。

這樣微弱的推力，是為了持續抵消太陽光壓和大氣等對衛星的干擾。由於這些干擾力會隨著環境變化而產生極其微弱的變化，所以要求該套系統在提供極小、極精準推力的同時，能夠實現極精確的連續調節。

中國早在在上世紀70年代便研製出我國第一代冷氣推進系統，並實現在軌應用。隨著多種類型空間推進系統的發展，冷氣推進系統一度淡出歷史舞台。

不過，由於其具備推力穩定、推力解析度高、噪聲低、連續易調、變推力範圍大等優點，受到了新一代空間基礎物理科學探測任務、高精度重力場測量任務以及高精度對地觀測和衛星導航等空間任務的青睞。這些任務對衛星平台的統一要求是「超靜低噪聲、超高精度、超高穩定度」，對此，冷氣推進系統是目前最優的選擇。

2014年，羅俊團隊提出「天琴計劃」，計劃在10萬公里高度的地球軌道上，部署3顆衛星組成臂長17萬公里的等邊三角形編隊，建成空間引力波科學探測系統。

2019年12月20日，天琴一號在太原衛星發射中心搭乘長征四號乙運載火箭，成功發射升空。它的目的就是對高精度空間慣性傳感器、無拖曳控制技術、微牛頓量級的推進技術、雷射干涉儀等核心技術開展在軌驗證。

而在剛發射成功不久，我國「天琴一號」衛星成功實現了「無拖曳控制」。最厲害的是，「天琴一號」微推進系統可以精確控制1小時勻速噴出僅1毫升的氣體，而控制流量的閥芯行程僅有幾十納米。這樣，天琴一號」微牛級推進系統解析度精度可以達到0.1微牛，也就是說能以相當於1毫米頭髮的重量為單位，調整推力大小。

這是我國首次完成微牛級變推力冷氣推進技術的在軌驗證，標誌著我國成為了世界上第二個掌握該技術的國家，也使空間引力波探測邁出了實質性、關鍵性的一步。

目前，「天琴計劃」和歐洲LISA計劃是目前世界上少數基於成熟設計和方案的空間引力波探測計劃，兩個計劃都在爭分奪秒向前推動。兩個計劃的主要區別在於其設計軌道一個繞地球、一個繞太陽，以及探測波段稍有不同。

當前「天琴計劃」多項關鍵技術已獲得重大進展，除了無拖曳控制之外，其中還包括慣性傳感、雷射干涉測量、衛星平台等多項重大技術，接下來這些技術將陸續進入在軌驗證階段。

無拖曳技術的掌握以及微牛級變推力冷氣推進技術的在軌驗證的完成，還將有助於中國空間站的建設，美國的空間站最早將於2014年，最遲將於2028年退休，所以中國就想接棒美國在太空建設自己的國際空間站。到時候也將成為世界上唯一的空間站。

而無拖曳控制技術是建設空間站的必備技術。對於空間站而言，由於軌道更低 、部件更多 ，其平台的振動擾動更複雜，微重力 水平更低，約為 1x10^-2m/s^2，因此為滿足空間站對地觀測以及微重力實驗對平台隔振的苛刻要求，需要增加隔振裝置 或 者添加無拖曳裝置在空間站內部進行小位移運動以減小平台擾動的影響。

可以說，此次實驗的成功，標誌著中國航天技術取得了重大進展。