基于廣義相對論的軌道攝動下星間激光相位比對

梁健，賈前，劉磊,*，唐碩

1. 西北工業大學 航天學院，西安 710072

2. 陜西省空天飛行器設計重點實驗室, 西安 710072

1 引言

地球重力場測量計劃對星間激光測距提出了納米量級的精度要求，如美國NASA提出的GRACE Follow-on計劃，歐洲ESA提出的NGGM計劃以及E. MOTION計劃[1-7]。空間引力波探測計劃提出了皮米量級的星間激光測距精度要求，如NASA和ESA共同提出的LISA計劃以及中國的太極計劃和天琴計劃[7-13]。同時，高精度的星間激光測距有利于提高衛星自主導航和自主定軌精度[14-18]。星間激光高精度相位比對是實現星間納米到皮米量級測距的基礎，在考慮軌道攝動的情況下，需要基于廣義相對論建立更加精確的星間激光相位比對模型[19-20]。

為實現高精度星間測距，一方面可以利用時間比對，另一方面可以利用相位比對。在進行相對論效應校正后，文獻[21]可實現北斗導航衛星Ka波段厘米量級星間雙向測距精度。目前利用激光同步技術可以實現飛秒量級，對應測距精度在亞微米量級[22]。利用時間比對進行星間測距時，即使補償所有系統誤差和路徑誤差，仍然不能滿足納米到皮米量級的空間科學任務需求。

為實現更高精度的星間測距，重力場計劃以及引力波探測計劃都選擇了利用激光相位比對實現星間激光測距。文獻[19]針對GRACE Follow-on計劃，利用程函方程建立星間激光相位比對模型，依據該計劃中的衛星運行軌道高度，對軌道運動影響量級進行了估計，但是未考慮軌道攝動的影響。文獻[20]針對天琴計劃建立星間激光相位比對模型，并根據天琴運行軌道對軌道攝動影響量級進行了估計，但是未考慮軌道攝動引起的軌道變化的影響以及不同軌道時攝動影響的變化趨勢。……