武汉科学家深空导航脑洞大开

　　8月30日，我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”探日成果在北京正式发布，其中卫星上搭载的“原子鉴频太阳测速导航仪”圆满完成在轨验证。这个由中国科学院精密测量科学与技术创新研究院李发泉团队研制的新型导航仪是国际上首次采用“原子鉴频”原理而设计制造的，为深空航天器的自主导航开辟了一条新路径，它的成功“加强了我国在深空探测领域的原创性技术积累”。
　　告别地球，飞向深空，高速飞行的航天器如何在茫茫宇宙中不星际迷航？对航天人而言是首要问题之一。有没有一种既准确，又自主，且能实时提供数据的深空导航方式？“原子鉴频太阳测速导航仪”团队负责人李发泉介绍，面对星辰大海，需要科学家们脑洞大开。五花八门，各显神通的深空自主导航方案，检验着科学家的想象力。
　　“羲和探日”，李发泉团队从原子鉴频与太阳的“结缘”中找到了灵感。团队深空导航项目负责人杨勇讲起了他们“不务正业”找灵感的经历。李发泉团队20多年前就开始研究原子鉴频技术，它是一种可以利用原子超精细、高稳定谱线作为光频基准来测量、分辨其他物体的频率变化的测量技术。2009年7月22日长江带大日食，武汉全程能看到，“我们在想，能不能把原子鉴频和日全食观测结合起来，测量一下太阳物质运动的速度场”。以此为契机，从太阳活动到地球大气响应，从太阳自转到地球公转速度，他们一路测量下来，实现了（基于原子鉴频机理的）地球相对太阳速度的测量。既然能测量地球与太阳的相对速度，那么也可以测量深空飞行器相对于太阳的速度，用于深空导航。很快，杨勇在此基础上开展了基于原子鉴频测速的全新深空导航方案与实验研究。“简单说，这个脑洞就是将地球上做的事，搬到太空里来用。”
　　一个完全原创的想法到一台完全实用的导航仪，没有任何前车可鉴，也没有什么成品半成品可依，只能从一个螺丝钉开始，完全自造。李发泉笑称团队是从铺满一桌子的零件中不断改进造出了“七个葫芦娃”，从第一代样机到最终的定型机，正好经历了七代，历时7年，攻克了基于原子鉴频偏振信号分离、太阳速度测量等关键技术，最终的定型机只有一个短靴盒子大小。
　　2017年，“原子鉴频太阳测速导航仪”从众多深空导航方案中脱颖而出，获得了搭载到“羲和号”上进行试验验证的机会。自2021年10月到今天，近一年的运行，根据国家航天局发布的结果，其在轨测速精度优于2米/秒，测速结果与卫星轨道理论计算结果高度吻合，达到了预期指标，这也验证了新原理的正确性和新技术的可行性。
　　在发布会现场的杨勇听到自己的导航仪在轨验证成功，成为“羲和”号首批成果所创造的五个世界“首次”之一，不禁为自己的脑洞自豪，“我们的有些研究是以跟踪世界前沿为主，但这个工作不是跟踪模式，跟以往所有的导航原理、导航方式都不一样”。