【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】1月11號，National Science Review(簡稱 NSR)雜志以advance article 的形式發(fā)表了精密測量院詹明生研究團隊題為“Realization of cold atom gyroscope in space”的研究工作。NSR配文介紹：這項工作首次展示了利用中國空間站原子干涉儀實現(xiàn)的在軌冷原子陀螺儀，標(biāo)志著空間量子慣性傳感時代的誕生。
2024年12月30日，在中國空間站全面建成兩周年之際，中國載人航天工程辦公室向全社會發(fā)布了《中國空間站科學(xué)研究與應(yīng)用進展報告(2024)》，系統(tǒng)梳理和總結(jié)了空間站應(yīng)用任務(wù)實施進展，遴選出 34 項代表性研究成果與階段性進展，空間冷原子干涉陀螺技術(shù)研究成果位列其中。
詹明生研究團隊利用自主研制的空間冷原子干涉儀在天和核心艙內(nèi)開展了懸浮(圖1所示)、原子冷卻、原子干涉、慣性量測量等系列實驗研究，攻克了最優(yōu)角度補償、在軌轉(zhuǎn)角自標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)，在國際上首次實現(xiàn)了空間微重力條件下基于原子干涉的量子慣性傳感轉(zhuǎn)動測量。
面向高精度空間量子慣性傳感技術(shù)應(yīng)用和科學(xué)實驗需求，團隊正高級工程師陳曦組織隊伍研發(fā)了空間雙組分銣同位素冷原子干涉儀實驗裝置(圖 2(a) 所示)，相關(guān)研制和地面測試成果發(fā)表在《npj Microgravity》上。該裝置于2022年11月12日搭載天舟五號貨運飛船進入中國空間站，隨后安裝在中國空間站天和核心艙高微重力科學(xué)實驗柜內(nèi)。
在后續(xù)開展的在軌銣同位素的原子冷卻實驗中，冷原子溫度低于6 μK，原子數(shù)目大于2×108；開展的在軌冷原子剪切干涉實驗中，最長干涉時間達到 200 ms。利用原子剪切干涉技術(shù)，開展了在軌的慣性量測量研究，提出的最優(yōu)轉(zhuǎn)角比例方法消除了冷原子團分布導(dǎo)致的干涉條紋退相，提出并實現(xiàn)了基于原子剪切干涉的擺鏡角度自標(biāo)定，評估了影響剪切干涉條紋周期的各項系統(tǒng)誤差，最終在國際上首次實現(xiàn)了空間微重力條件下的冷原子干涉陀螺，轉(zhuǎn)動測量不確定度優(yōu)于3.0×10-5 rad/s。同時也實現(xiàn)了在軌的冷原子干涉加速度計，加速度測量分辨率優(yōu)于1.1×10-6 m/s2 (圖 2(b) 所示)。
空間冷原子干涉儀在軌實物圖(a)及相關(guān)慣性量實驗測量結(jié)果(b)
將來，空間量子慣性傳感技術(shù)有望應(yīng)用于引力波探測、暗物質(zhì)探索、等效原理檢驗、參考系拖曳效應(yīng)驗證、重力衛(wèi)星、重力梯度衛(wèi)星等各項空間科學(xué)和應(yīng)用任務(wù)。
該工作得到了中國空間站工程空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)實驗項目、科技創(chuàng)新2030“量子通信與量子計算機”重大項目、湖北省科技重大項目等的資助。
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