美國宇航局（NASA）將于 5 月 19 號(hào)發(fā)射“重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒?yàn)的后續(xù)”任務(wù)（簡(jiǎn)稱 GRACE-FO），旨在以前所未有的精度，繪制出地球的重力場(chǎng)。 借助一種叫做“激光測(cè)距干涉”的新技術(shù)，兩顆衛(wèi)星將在五年時(shí)間里收集重力異常圖，其精度是此前 GRACE 任務(wù)的十倍。2017 年 10 月的時(shí)候，GRACE 任務(wù)的兩顆軌道飛行器結(jié)束了它們的使命，然后以受控的方式重新進(jìn)入了地球的大氣層。
GRACE-FO 將演示使用激光（而不是微波）來更精確地測(cè)量?jī)蓚€(gè)航天器間距波動(dòng)的有效性（圖自：NASA / JPL-Caltech）
作為德美合作項(xiàng)目，GRACE-1 號(hào)和 GRACE-2 號(hào)于 2002 年發(fā)射升空，以密集隊(duì)列的形式在近地軌道上運(yùn)行著。其采用了微博測(cè)距系統(tǒng)，能夠以微米級(jí)精度測(cè)量?jī)烧叩拈g距（頭發(fā)絲直徑的 1/N）。
系統(tǒng)還結(jié)合了 GPS 追蹤數(shù)據(jù)、星體追蹤器的姿態(tài)數(shù)據(jù)、以及一個(gè)加速度計(jì)，以消除大氣阻力、軌道衰減、太陽風(fēng)壓力等外部因素的干擾，為兩者提供精確的速度和距離記錄。
激光測(cè)距干涉儀（圖自：阿爾伯特·愛因斯坦研究所）
通過這樣做，科學(xué)家們可以測(cè)量每一次加減速的速度，以應(yīng)對(duì)地球上的質(zhì)量變化。當(dāng)飛船繪制出山脈結(jié)構(gòu)、地殼下巖漿變化、地震影響、以及全球水和冰蓋流動(dòng)時(shí)，這樣的異常就像 X-射線進(jìn)入了行星的內(nèi)部。
不同的是，GRACE 依賴于微波來測(cè)量?jī)烧叩拈g距，而 GRACE-FO 引入了精度水平更高的激光技術(shù)，但系統(tǒng)的整體原理還是一致的。
當(dāng)衛(wèi)星魚貫環(huán)繞地球軌道時(shí)，這些移動(dòng)的質(zhì)量會(huì)改變下方的引力，并輕微影響兩者的間距（圖自：NASA / JPL-Caltech）
由 NASA 噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室（JPL）和德國馬克斯普朗克重力物理研究所 開發(fā) 的新型激光測(cè)距干涉儀，使用了僅為微波十分之一的波長(zhǎng)來測(cè)距。在此之前，這項(xiàng)技術(shù)一直僅限于實(shí)驗(yàn)室。
不過在未來，這項(xiàng)技術(shù)還有望分辨超過 200 英里（300 公里）的直徑，感興趣的朋友可以通過下方 視頻 來了解 GRACE-FO 的技術(shù)原理。
Crazy Engineering_ GRACE-FO（ via ）
NASA 表示，GRACE-FO 可用于兩個(gè)距離 137 英里（220 公里）的運(yùn)動(dòng)物體，有點(diǎn)類似于用高能望遠(yuǎn)鏡鎖定一顆恒星 —— 但除非它有一個(gè)較低的動(dòng)力瞄準(zhǔn)鏡，否則是很難達(dá)成的。
本例中，這些激光會(huì)向另一方發(fā)出閃爍信號(hào)，先激活、再分析任何接收到的可能配置，這大約需要 9 個(gè)小時(shí)。不過一旦被捕獲并鎖定，就只需 1ms 的時(shí)間來建立光連接。
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