美國宇航局（NASA）將于 5 月 19 號發(fā)射“重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒灥暮罄m(xù)”任務(wù)（簡稱 GRACE-FO），旨在以前所未有的精度，繪制出地球的重力場。 借助一種叫做“激光測距干涉”的新技術(shù)，兩顆衛(wèi)星將在五年時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）來更精確地測量兩個航天器間距波動的有效性（圖自：NASA / JPL-Caltech）
作為德美合作項目，GRACE-1 號和 GRACE-2 號于 2002 年發(fā)射升空，以密集隊列的形式在近地軌道上運行著。其采用了微博測距系統(tǒng)，能夠以微米級精度測量兩者的間距（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)、以及一個加速度計，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)家們可以測量每一次加減速的速度，以應(yīng)對地球上的質(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時，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 依賴于微波來測量兩者的間距，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，這些移動的質(zhì)量會改變下方的引力，并輕微影響兩者的間距（圖自：NASA / JPL-Caltech）
由 NASA 噴氣動力實驗室（JPL）和德國馬克斯普朗克重力物理研究所 開發(fā) 的新型激光測距干涉儀，使用了僅為微波十分之一的波長來測距。在此之前，這項技術(shù)一直僅限于實驗室。
不過在未來，這項技術(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 可用于兩個距離 137 英里（220 公里）的運動物體，有點類似于用高能望遠(yuǎn)鏡鎖定一顆恒星 —— 但除非它有一個較低的動力瞄準(zhǔn)鏡，否則是很難達(dá)成的。
本例中，這些激光會向另一方發(fā)出閃爍信號，先激活、再分析任何接收到的可能配置，這大約需要 9 個小時。不過一旦被捕獲并鎖定，就只需 1ms 的時間來建立光連接。
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