基于FEM的引力参考传感器自引力计算与补偿

空间引力波探测太极计划将利用激光干涉的方法,测量两个检验质量之间的距离变化反演引力波信息。在0.1 mHz处,要求检验质量在敏感轴方向的总残余加速度保持在■以下。由航天器载荷静引力、热形变和质量波动引起的自引力噪声是检验质量的残余加速度噪声主要来源之一,要求检验质量在敏感轴方向的自引力加速度小于1×10^-10m/s²,引力梯度小于5×10^-8s^-2。为了计算检验质量处的自引力大小和引力梯度,针对检验质量与引力源几何形状的不规则性,基于有限元法编写程序计算了引力参考传感器中的引力源作用在检验质量上的线加速度、角加速度和引力梯度。为了缩短计算时间,提出“类自适应”网格划分方法以减小网格数量,并设计了配重以补偿自引力。计算结果显示,经过补偿后的检验质量在敏感轴方向的自引力加速度为9.237 7×10^-12m/s²,引力梯度为-2.569 1×10^-8s^-2,满足设计要求。本研究能够为航天器和引力参考传感器的设计与引力补...     

引力理论发展的新契机

牛顿的划时代巨著《论自然哲学的数学原理》中曾记载了牛顿对万有引力的一段评述：迄今为止，我只是用引力解释月球绕地球的运动及潮汐现象，引力的本质是什么尚未可知，引力是客观存在的，这就足够了。在牛顿谢世之后的三个多世纪中，人类从没有停止对引力理论及引力本质的探索。２０世纪２０年代，爱因斯坦基于物质的引力质量与惯性质量的等效性，建立了文广义相对论，使人类对引力理论的发展迈入了一个新高度。但是，广义相对论对引力的描述仍然是“惟象”的，即引力是由于空间的弯曲造成的。但空间的弯曲为什么会形成引力及引力传播的载…     

重力的长鞭：引力波问答

什么叫引力波?我们知道,物体都有引力,产生引力场。我们又知道,电磁场有电磁辐射,向外发射光子,形成光波、无线电波等。一个加速运动的电荷也会辐射电磁波。爱因斯坦在发表广义相对论以后不久,预言引力场具有波动性质的引力振荡,加速运动的质量(引力源)也辐射引力波。与电磁波具有能量一样,     

寻找引力幽灵（上）

从动力学角度来解释天体运动的思想萌发于17世纪。引力理论最重要的发展就是把天上的引力与地面的重力联系起来,从而把引力推到无处不存在的“万有”的地步。首先觉察到引力和重力本质相同的人是英国物理学家胡克,他指出引力随与吸引中心距离的不同而变化。1680年初,胡克在给牛顿的信中提出了引力反比于距离平方的猜想。1679年,英国天文学家哈雷和伦恩根据开普勒第三定律,利用圆形轨道和匀速圆周运动的向心力公式,导出了作用于行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比,但是,他们还不能证明行星在椭圆轨道中也是如此。直到1687年,牛顿发表…     

神秘的黑洞

黑洞是宇宙中一种非常奇特的天体。它那巨大的引力如饥似渴地不断吞噬宇宙物质，它的引力是如此之大，以至连宇宙中速度最快的光，也像孙悟空逃脱不了如来佛的手掌心那样，逃离不了黑洞。而且，它还穿着隐身衣，谁也看不见它，即使你用强光照射，用雷达探测，仍然探寻不到它的踪迹。科学家们把这种奇异天体比喻为宇宙中的“怪兽”。 　　其实黑洞并不是洞，不是深不见底的空洞，而是比铁、比铝要沉重得多的物质。那么为什么称之为黑洞呢 ?黑洞为什么会有如此神奇的魔力呢 ?这需要从引力谈起。我们都知道，即使是世界跳高冠军，也不可能一蹦…     

引力比光还快吗？

当两个天体彼此吸引时，引力沿着连接它们的直线方向发生作用，人们把这个方向称为径向。如果引力以光速传播的话，它进行得如此之慢，以致形成了与径向成直角的作用力。不过，这种横向力迫使由两个天体构成的系统围绕着它们共同的重心旋转，并在极快的时间内使两个天体相撞。这有些令人难以置信，更令人难以想象！     

引力量子化的荆棘路

1916年，爱因斯坦基于物质的惯性质量与引力质量的等效性建立了广义相对论。广义相对论用时空的弯曲来解释引力的作用，但引力的真正传播载体是什么仍然是未知的。之后．爱因斯坦对引力场方程做了近似的线性化处理，得出一个重要的结论：引力如同电磁波一样．是靠引力波来传     

水在太空真的能往高处流吗？

人们常说：人往高处走,水往低处流。但在日常生活中,却不乏水往高处流的例子。 水的流向取决于水受力的方向。地面上的水受到地球引力作用,才会向低处流,这是司空见惯的现象。但是,假如水受到的力除了向下的重力外,还有向上的力     

星际高速公路

最近，NASA喷气推进实验室的工程师马丁·罗设计出一种盘绕于太阳系各行星间的“高速公路，它类似于一个庞大、曲折的虚拟隧道和管道系统。利用这一系统可大大减少未来太空飞行任务中的燃料消耗量。马丁·罗推算出这种被称为“星际高速公路”的太空飞行系统，并利用这一理论设计出NASA“杰内西斯”号太空船的飞行路径。杰内西斯号目前正行驶在这一“太空高速公路”上，它的任务是采集太阳风粒子并返回地球。根据事先的安排，在大多数宇航任务中，当太空船飞经某一天体如行星或卫星时，它们都会利用天体的引力机制，以便尽量提高飞行速度…     

液态月球

科学家们借助激光设备获得了有关月球的准确数据,结果显示:月球——是液体的,只不过它的表面覆盖着一层薄薄的、坚硬的外壳而已。这个结论一经传出,令所有人都感到万分惊讶。我们看了上千年的月球竟然是液态的。月球从外表上看是一片荒凉的不毛之地,而在这层坚硬的外壳深处却是流动的熔岩。美国航空航天局詹姆斯·维尔亚姆斯试验室的技术人员根据观测的结果做出了上述结论。准确的观测,证实了天文学家在以前“阿波罗”登月计划完成后提出的假设。对于月球内部的勘测十分复杂,美国詹姆斯试验室的领导人詹姆斯·维尔亚姆斯称:“我们无法对月球…     

利用"火星快车"三程多普勒跟踪数据限定局部洛伦兹不变性

目前航天器的三程多普勒跟踪技术已经在深空探测的控制与导航领域起到了重要作用。利用包含了对局部洛伦兹不变性(LLI)以及局部位置不变性(LPI)原理有破坏的三程多普勒跟踪理论,研究分析了"火星快车"(MEX)三程多普勒跟踪数据的残差。这些多普勒观测于2009年8月7日和8日进行,利用了欧洲航天局(ESA)在澳大利亚新诺舍(New Norcia)的上行站和三个分别在中国上海、昆明以及乌鲁木齐的下行站。我们发现,这些观测结果给出的LLI上限在10-2的量级。但由于各观测站本身对频率测量的精度有限,这些数据并不适合于检验LPI。     

跨越时空的旅程——爱因斯坦及其他(二)

人们通常把广义相对论说成是新型引力理论,但这是不够的.从根本上说,广义相对论属于全新的时空理论,因为这一理论以前所未有的深度揭示了时空的隐秘性质,提出了对于时空问题的诸多革命性发现.     

多普勒跟踪测量用于时空引力检验的尝试:(Ⅰ)理论建模

作为多普勒跟踪测量用于时空引力检验的尝试,在多普勒建模过程中加入了对于局部洛仑兹不变性(LLI)以及局部位置不变性(LPI)的检验参数。LLI/LPI是包括广义相对论在内的任何度规引力理论的基石。通过迭代求解多普勒建模过程中所需的光行时解,证明了只有在单程以及三程多普勒测量中可以检验LLI和LPI。鉴于该种测量手段无需额外载荷以及我国测控精度,可以尝试通过单/三程多普勒测量来检验LLI和LPI的科学目标。     

潜伏在宇宙中的不明引力

空间探测器的飞行和月球的轨道并没有严格地符合现有理论的计算。难道还存在着一种未知的引力？