NASA推进LISA引力波任务，建造工程测试单元望远镜

NASA已着手为激光干涉仪空间天线天文台设计的一款全玻璃光学望远镜进入后续开发阶段。¹ 这一太空仪器专门用于探测扭曲时空结构的微弱涟漪。¹ 根据一份工业合同，L3Harris Technologies承担了设计、组装和集成该望远镜工程测试单元的责任。¹ 这一评估仪器的完成是工程师开始制造实际飞行硬件之前决定性的技术前奏。¹

现有技术评估支持，分配给L3Harris的工程测试单元是该公司此前提供的原型单元的直接后续产品。¹ 工程师完全使用Zerodur制造这些光学结构，以承受深空中的恶劣条件。¹ 这种特种玻璃陶瓷材料呈琥珀色，被选中的主要原因是其物理尺寸在剧烈温度变化下仍保持稳定。¹ 通过在大幅热波动中保持结构一致性，Zerodur框架确保光学对准不会漂移出运行公差范围。¹

这一制造里程碑建立在L3Harris于2024年运送给NASA以协助正在进行的设计活动的初始开发硬件之上。¹ 具体而言，这家工业合作伙伴于2024年5月将这架初步工程开发望远镜交付给NASA戈达德设施。² 对那台早期原型机的分析确认，其反射光学表面镀有一层薄金。² 在这一里程碑之后，技术团队于同年6月提供了另一个完全由金属而非玻璃制成的结构模型。¹

更广泛的激光干涉仪空间天线项目由欧洲空间局主要牵头组织。¹ 当前运行时间表的目标是在2030年代中期部署并飞行这座深空天文台。¹ 作为正式的国际贡献方，NASA负责为该任务提供光学望远镜。¹ 除这些光学设备外，这家美国航天机构还贡献关键航天组件以及持续的科学和工程援助。¹

投入运行后，LISA星座将占据一条尾随地球绕太阳运行路径的轨道。¹ 该架构由三艘独立航天器组成，以巨大的三角形网络飞行。¹ 连接这个等边三角形三个角的每条外边长将达160万英里，相当于250万公里。¹ 分布在这三艘航天器上的光学仪器必须使用红外激光，在这160万英里（即250万公里）范围内跟踪微小的距离变化。²

为建立必要的互连光学链路，编队中的每艘航天器都将搭载两台专用望远镜。¹ 这些光学仪器依赖在相邻平台之间同时传输的定向红外激光束。¹ 通过持续交换激光信号，成对单元使航天器能够记录相邻探测器之间分离距离的微观变化。¹ 任务预测表明，整个轨道网络将总共运行六台望远镜。¹

每颗卫星的核心内部都有一个由金铂合金制成的无约束参考立方体。¹ 设计人员将这一内部漂浮块称为检验质量，周围航天器结构将其与环境扰动隔离。¹ 由于外部飞行器屏蔽了该立方体，检验质量完全在引力场的无阻碍牵引下运动。¹ 记录表明，金在该任务中发挥双重作用，既作为光学表面涂层，也用于核心引力立方体内部。¹

这种传感方法的机械可行性源于欧洲空间局2016年进行的LISA Pathfinder演示。¹ 那次早期探索任务证明，干扰参考立方体的非引力可以被抑制到足以探测引力波的程度。¹ 除提供主望远镜外，NASA还提供专用激光组件以及用于检验质量的电荷控制单元。¹ 该机构还贡献用于处理接收信号的数学算法，并辅以广泛的技术和科学支持团队。¹

担任NASA LISA望远镜项目负责人的Ritva Keski-Kuha解释了当前硬件的发展状况。¹ 据Keski-Kuha称，这一测试单元代表飞行单元之前的最后建造阶段，也是NASA向ESA提供的首台光学望远镜。¹ 项目科学家Ira Thorpe强调，该天文台将测量小于氦原子直径的物理位移。¹ Thorpe指出，这种精细的测量能力将揭示地面仪器无法探测的低频引力现象。¹

这些扰动的理论基础始于1916年，当时阿尔伯特·爱因斯坦在其广义相对论中提出了它们。¹ 近一个世纪后，地面设施于2015年首次直接记录到经过的引力波。¹ 这些扰动以光速穿过时空结构，在路径上不受任何物质阻挡地传播。¹ Thorpe指出，LISA将记录数十亿光年外超大质量黑洞的灾难性碰撞，同时巡测附近的双星系统、中子星和恒星级质量黑洞。¹