基于FEM的引力参考传感器自引力计算与补偿

V19; 空间引力波探测太极计划将利用激光干涉的方法,测量两个检验质量之间的距离变化反演引力波信息.在0.1mHz处,要求检验质量在敏感轴方向的总残余加速度保持在3×10-15m·s-2/√Hz以下.由航天器载荷静引力、热形变和质量波动引起的自引力噪声是检验质量的残余加速度噪声主要来源之一,要求检验质量在敏感轴方向的自引力加速度小于1×10-10m/s2,引力梯度小于5× 10-8s-2.为了计算检验质量处的自引力大小和引力梯度,针对检验质量与引力源几何形状的不规则性,基于有限元法编写程序计算了引力参考传感器中的引力源作用在检验质量上的线加速度、角加速度和引力梯度.为了缩短计算时间,提出&qu...

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Published in中国空间科学技术 Vol. 44; no. 2; pp. 89 - 97
Main Authors 高志勇, 王上, 王智
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院,杭州 310012 25.04.2024
中国科学院大学,北京 100049%中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033%国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院,杭州 310012
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
Subjects
空间引力波探测
自引力
spaceborne gravitational wave detection
finite element method
引力参考传感器
引力梯度
self-gravity
attraction compensation
gravitational reference sensor
acceleration field gradient
有限元法
引力补偿
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ISSN1000-758X
DOI10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0025

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Summary:V19; 空间引力波探测太极计划将利用激光干涉的方法,测量两个检验质量之间的距离变化反演引力波信息.在0.1mHz处,要求检验质量在敏感轴方向的总残余加速度保持在3×10-15m·s-2/√Hz以下.由航天器载荷静引力、热形变和质量波动引起的自引力噪声是检验质量的残余加速度噪声主要来源之一,要求检验质量在敏感轴方向的自引力加速度小于1×10-10m/s2,引力梯度小于5× 10-8s-2.为了计算检验质量处的自引力大小和引力梯度,针对检验质量与引力源几何形状的不规则性,基于有限元法编写程序计算了引力参考传感器中的引力源作用在检验质量上的线加速度、角加速度和引力梯度.为了缩短计算时间,提出"类自适应"网格划分方法以减小网格数量,并设计了配重以补偿自引力.计算结果显示,经过补偿后的检验质量在敏感轴方向的 自引力加速度为9.237 7 × 10-12m/s2,引力梯度为-2.569 1× 10-8s-2,满足设计要求.本研究能够为航天器和引力参考传感器的设计与引力补偿提供参考与指导.
ISSN:1000-758X
DOI:10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0025