单航天器激光天文动力学计划的科学目标与基本方案

单航天器激光天文动力学空间计划(ASTROD Ⅰ)是激光天文动力学空间计划(ASTROD:Astrodynamical Space Test of Relativity using Optical Devices)的第一步。ASTROD Ⅰ空间计划概念是使用在太阳轨道上的一个无拖曳航天器和地面站以双向激光干涉跟踪和脉冲计时测距的方法,精确地探讨天文动力学,检测相对论与时空基本定律,改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳、行星和小行星的参数。ASTROD Ⅰ在天文动力学方面,和检测相对论与时空基本定律方面,精确度将比现在提高3个数量级;在测定太阳、行星和小行星参数方面,精确度将比现在提高1-3个数量级。ASTROD Ⅰ对引力波的探测灵敏度,可以比现在的射电波追踪航天器的引力波探测灵敏度稍作提高。航天器可由长征四号乙(CZ-4B)运载火箭发射,从低绕地转移轨道直接进入绕日轨道,经由金星引力助推两次,于发射后三百多天抵达太阳对面从事相对论Shapiro效应测量。乐观的发射日期可在2012年、2013年或2015年。单航天器激光天文动力学空间计划的推动,可以对重要关键技术如无拖曳航天、弱光锁相、空间光通讯等的发展起到带头作用。本计划的第一阶段预研究,主要由中国和欧洲的德国、英国和法国科学家合作进行。本文综述ASTROD Ⅰ的科学目标和基本方案,作为第一阶段预研究分项讨论的基础。