【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】1月11號(hào)，National Science Review(簡(jiǎn)稱 NSR)雜志以advance article 的形式發(fā)表了精密測(cè)量院詹明生研究團(tuán)隊(duì)題為“Realization of cold atom gyroscope in space”的研究工作。NSR配文介紹：這項(xiàng)工作首次展示了利用中國(guó)空間站原子干涉儀實(shí)現(xiàn)的在軌冷原子陀螺儀，標(biāo)志著空間量子慣性傳感時(shí)代的誕生。
 

　　2024年12月30日，在中國(guó)空間站全面建成兩周年之際，中國(guó)載人航天工程辦公室向全社會(huì)發(fā)布了《中國(guó)空間站科學(xué)研究與應(yīng)用進(jìn)展報(bào)告(2024)》，系統(tǒng)梳理和總結(jié)了空間站應(yīng)用任務(wù)實(shí)施進(jìn)展，遴選出 34 項(xiàng)代表性研究成果與階段性進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(cè)量等系列實(shí)驗(yàn)研究，攻克了最優(yōu)角度補(bǔ)償、在軌轉(zhuǎn)角自標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)，在國(guó)際上首次實(shí)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(dòng)測(cè)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(shí)驗(yàn)需求，團(tuán)隊(duì)正高級(jí)工程師陳曦組織隊(duì)伍研發(fā)了空間雙組分銣同位素冷原子干涉儀實(shí)驗(yàn)裝置(圖 2(a) 所示)，相關(guān)研制和地面測(cè)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(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入中國(guó)空間站，隨后安裝在中國(guó)空間站天和核心艙高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜內(nèi)。
 

　　在后續(xù)開展的在軌銣同位素的原子冷卻實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，最長(zhǎng)干涉時(shí)間達(dá)到 200 ms。利用原子剪切干涉技術(shù)，開展了在軌的慣性量測(cè)量研究，提出的最優(yōu)轉(zhuǎn)角比例方法消除了冷原子團(tuán)分布導(dǎo)致的干涉條紋退相，提出并實(shí)現(xiàn)了基于原子剪切干涉的擺鏡角度自標(biāo)定，評(píng)估了影響剪切干涉條紋周期的各項(xiàng)系統(tǒng)誤差，最終在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了空間微重力條件下的冷原子干涉陀螺，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量不確定度優(yōu)于3.0×10-5 rad/s。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了在軌的冷原子干涉加速度計(jì)，加速度測(cè)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(shí)物圖(a)及相關(guān)慣性量實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)、暗物質(zhì)探索、等效原理檢驗(yàn)、參考系拖曳效應(yīng)驗(yàn)證、重力衛(wèi)星、重力梯度衛(wèi)星等各項(xiàng)空間科學(xué)和應(yīng)用任務(wù)。
 

　　該工作得到了中國(guó)空間站工程空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、科技創(chuàng)新2030“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”重大項(xiàng)目、湖北省科技重大項(xiàng)目等的資助。