在空間引力波探測日心軌道方案任務(wù)當(dāng)中，太陽系內(nèi)天體引力場引起的星間觀測信號遠(yuǎn)大于引力波引起的星間觀測信號。例如，在中科院太極計劃當(dāng)中，天體引力場引起的星間距離變化約為3萬千米，而引力波信號只有幾個皮米量級，有必要通過詳細(xì)數(shù)值分析探測頻段0.1mHz到1Hz內(nèi)天體引力場引起的星間觀測信號是否小于引力波的觀測信號。其研究結(jié)果將對空間引力波探測計劃的數(shù)據(jù)處理方案的確定具有重要的參考意義。

　　研究天體引力場引起的星間觀測信號頻譜分析，面臨著兩個方面的困難，一是跨越的空間尺度達(dá)到23個量級，從1個天文單位到1個pm，二是研究頻段寬導(dǎo)致仿真數(shù)據(jù)量非常大，例如，太極計劃的頻段從3.17×10^-8Hz到1Hz頻段之間，6年任務(wù)時間內(nèi)1秒采樣間隔觀測數(shù)據(jù)仿真達(dá)到1893萬個數(shù)據(jù)點。針對此兩個難點，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點實驗室博士生韓曉晴（第一作者）、唐文林副研究員（通訊作者）、彭曉東研究員、楊震研究員、馬曉珊研究員、強(qiáng)麗娥副研究員、張玉珠副研究員和高辰特聘研究助理等人開發(fā)了一個超高精度衛(wèi)星軌道積分器并開展跨23個空間量級8個頻段的頻譜分析研究，可實現(xiàn)6年內(nèi)在1AU尺度下0.03pm的軌道位移仿真和5×10^-21m/s的速度仿真精度（如圖1所示）。依據(jù)此軌道積分器，定量評估給出太陽系內(nèi)各天體引力場在探測頻段內(nèi)對引力波探測信號的影響（如圖2所示）。相關(guān)工作發(fā)表在物理學(xué)期刊“Physical Review D”（IF:5.407）上，這項工作審稿專家均認(rèn)為可以作為日心軌道空間引力波探測計劃軌道分析的檔案類文獻(xiàn)。

圖1 軌道積分器求解精度驗證：左圖為位移求解精度，右圖為速度求解精度

圖2 太陽系內(nèi)主要天體產(chǎn)生的星間距（左）和星間相對加速度（右）線性幅度譜和線性譜密度估計

　　該成果得到國家重點研發(fā)計劃項目（項目編號：2020YFC2201300、2021YFC2202900）的資助。

　　參考文獻(xiàn)：Xiaoqing Han, Xiaodong Peng, Wenlin Tang*, Zhen Yang, Xiaoshan Ma, Chen Gao, Li-e Qiang, Yuzhu Zhang, Mengyuan Zhao, Jiafeng Zhang, and Binbin Liu，“Effect of celestial body gravity on Taiji mission range and range acceleration noise”，Physical Review D, 106(10):102005 (2022)

　　論文鏈接：DOI: 10.1103/PhysRevD.106.102005

　　（供稿：系統(tǒng)室）