【儀表網 研發快訊】1月11號，National Science Review(簡稱 NSR)雜志以advance article 的形式發表了精密測量院詹明生研究團隊題為“Realization of cold atom gyroscope in space”的研究工作。NSR配文介紹：這項工作首次展示了利用中國空間站原子干涉儀實現的在軌冷原子陀螺儀，標志著空間量子慣性傳感時代的誕生。
 

　　2024年12月30日，在中國空間站全面建成兩周年之際，中國載人航天工程辦公室向全社會發布了《中國空間站科學研究與應用進展報告(2024)》，系統梳理和總結了空間站應用任務實施進展，遴選出 34 項代表性研究成果與階段性進展，空間冷原子干涉陀螺技術研究成果位列其中。
 

　　詹明生研究團隊利用自主研制的空間冷原子干涉儀在天和核心艙內開展了懸浮(圖1所示)、原子冷卻、原子干涉、慣性量測量等系列實驗研究，攻克了最優角度補償、在軌轉角自標定等關鍵技術，在國際上首次實現了空間微重力條件下基于原子干涉的量子慣性傳感轉動測量。
 

　　面向高精度空間量子慣性傳感技術應用和科學實驗需求，團隊正高級工程師陳曦組織隊伍研發了空間雙組分銣同位素冷原子干涉儀實驗裝置(圖 2(a) 所示)，相關研制和地面測試成果發表在《npj Microgravity》上。該裝置于2022年11月12日搭載天舟五號貨運飛船進入中國空間站，隨后安裝在中國空間站天和核心艙高微重力科學實驗柜內。
 

　　在后續開展的在軌銣同位素的原子冷卻實驗中，冷原子溫度低于6 μK，原子數目大于2×108；開展的在軌冷原子剪切干涉實驗中，最長干涉時間達到 200 ms。利用原子剪切干涉技術，開展了在軌的慣性量測量研究，提出的最優轉角比例方法消除了冷原子團分布導致的干涉條紋退相，提出并實現了基于原子剪切干涉的擺鏡角度自標定，評估了影響剪切干涉條紋周期的各項系統誤差，最終在國際上首次實現了空間微重力條件下的冷原子干涉陀螺，轉動測量不確定度優于3.0×10-5 rad/s。同時也實現了在軌的冷原子干涉加速度計，加速度測量分辨率優于1.1×10-6 m/s2 (圖 2(b) 所示)。
 

空間冷原子干涉儀在軌實物圖(a)及相關慣性量實驗測量結果(b)
 

　　將來，空間量子慣性傳感技術有望應用于引力波探測、暗物質探索、等效原理檢驗、參考系拖曳效應驗證、重力衛星、重力梯度衛星等各項空間科學和應用任務。
 

　　該工作得到了中國空間站工程空間應用系統科學實驗項目、科技創新2030“量子通信與量子計算機”重大項目、湖北省科技重大項目等的資助。