Nach der erfolgreichen On-Orbit-Verifikation des „Taiji-1“-Interferometers im Jahr 2019 hat das Team des Gravitationswellen-Experimentzentrums des Instituts für Mechanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (im Folgenden: Institut für Mechanik) angesichts der Anforderungen des „Taiji-Programms“ an die Laserinterferometrie mit ultrahoher Präzision erstmals eine voll funktionsfähige optische Klebe-Interferometer-Plattform für das „Taiji-Programm“ entworfen und realisiert sowie umfassende Bodentests und Rauschbewertungen des Systems durchgeführt, was den Weg für die Technologiereife des Interferometers für die Gravitationswellendetektion im Rahmen des „Taiji-Programms“ ebnet und einen wichtigen Meilenstein beim Übergang des Interferometersystems des „Taiji-Programms“ vom Prinzipmuster zum Ingenieursmuster darstellt. Die Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Research veröffentlicht, die gemeinsam von der American Association for the Advancement of Science und dem chinesischen Verband für Wissenschaft und Technologie herausgegeben wird.

Das „Taiji-Programm“ ist ein von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften vorgeschlagenes Konzept zur Detektion von Gravitationswellen im Weltraum. Das Programm nutzt drei Satelliten, die ein Laserinterferometer mit einer Armlänge von 3 Millionen Kilometern bilden, um Gravitationswellensignale im Frequenzbereich von 0,1 Millihertz bis 1 Hertz zu detektieren. Dies erfordert eine Entfernungsmessgenauigkeit im Pikometerbereich und stellt beispiellose Herausforderungen an Umgebungskontrolle, Instrumentenleistung und Rauschanalyse.

Um den praktischen Anforderungen einer Armlänge von Millionen Kilometern und einer Messgenauigkeit im Pikometerbereich gerecht zu werden, hat das Forschungsteam die erforderlichen Funktionen des Interferometermodells und die entsprechenden Leistungsindikatoren präzisiert und darauf aufbauend eine voll funktionsfähige optische Klebe-Interferometer-Plattform entworfen. Die Plattform verwendet innovativ ein dreidimensionales Layout mit „getrennter Vorwärts- und Rückwärtsausrichtung“, das den Einfluss von Wärmequellen auf den optischen Pfad wirksam isoliert und die thermische Stabilität des Systems in der Weltraumumgebung deutlich verbessert. Gleichzeitig ist das Design mit vertikalen Strahlverbindungen zu Teleskop und Trägheitssensoren kompatibel und weist eine hohe funktionale Vollständigkeit auf.

Gestützt auf die Laserinterferenz-Plattform mit Pikometer-Präzision im Huairou-Campus des Instituts für Mechanik in Peking hat das Forschungsteam umfassende Stabilitätstests und Rauschbewertungen der optischen Klebe-Interferometer-Plattform durchgeführt. Für die Rauschquellen entwickelte das Team eine Methode zur Unterdrückung durch Daten-Nachbearbeitung. Nach Anwendung dieser Methode verbesserte sich die Systemstabilität im Zielfrequenzband um eine Größenordnung, und die Leistung erfüllt nun die Anforderungen des „Taiji-Programms“ an das Interferometersystem für die Weltraum-Gravitationswellendetektionsmission.