中國網/中國發展門戶網訊 太空活動凡是指人類在距離地表100公里以上空間開展的活動。時空基準是人類測定和描寫宇宙中事物時間和空間坐標的統一參考基準，包括了由真實天體和天然物體組成的參考框架和基準物體與基于人類協調統必定義的多層次時空參考系。
由于星空中的遙遠天體恒久存在且運動規律精準可循，古往今來，時空基準的源頭均來自宇宙中的天體。此中，平易近用時間源自地球相對遙遠天體的自轉、空間標的目的基準源自地球自轉軸和公轉軸相對遙遠天體的標的目的，標的目的恒定不變的河外類星體也是傑出的慣性基準。得益于地理學、物理學和測量學的發展，作為時空基準源頭的各類天體慢慢被人類觀測并信息化。地理學家普通將運動學方法記錄標的目的變化緩慢的恒星和類星體等天體的地位、運動等信息表冊稱為星表；將以動力學方法記錄標的目的變化疾速的太陽系天體的軌道數據表冊稱為歷表；將記錄脈沖星脈沖周期特征與脈沖星地位和運動等信息表冊稱為脈沖彩修臉色蒼白地看著同樣沒有血色的少女，嚇得快要暈舞蹈教室過去了。花壇後面的兩個人實在是不耐煩了，什麼都敢說！如果他們想星星歷表。
宇宙中包含多種類型的天體，發射著各種波段電磁輻射，相關測量在分歧局域間給予技術實現會議室出租。為了更好開展太空活動，需求有完美技術保證且系統統一的時空基準，多波段測量基準的統一是局域到全域深空飛行器定姿、定位和定軌的基礎。無論距離地球多遠，基礎性任務就是把握星表歷表等時空基準源頭數據（圖1）。
太空活動時空基準觸及多學科穿插的理論和實踐，需求基礎研討和工程技術深度融會，其技術構建才能反應了一個國家的綜合科技實力，對于年夜國戰略平安、航天技術發展、深空探測程度和基礎物理發展具有主要意義。文章綜述了國內外技術現狀，對比剖析了我國當前差距和問題，并提出了發展建議。
太空活動的時間基準系統
太空活動多由飛行器承載，1 ms時間誤差對應的飛行器地位誤差可達7m，故飛行器測控角度需時間統一[1]。這此中，空中原子鐘、星載原子鐘技術、緊密關聯地球自轉的世界時一類修改（universal time 1，UT1）實時測量技術、時間頻率同步與傳遞技術是支撐太空活動時間基準系統的焦點技術。
基于國際地理學聯合會（IAU）構成的國際規范，地球以外甚至整個太陽系內的任何太空活動對于時間測量的定義、變換規則、工程實現方式與空中處理方法分歧，現有相對論時空度規理論已較好地支撐了人類一系列宇航深空摸索活動[2]。需指出，依照廣義相對論，時空不成朋分且測量具有局域性、并對一切觀測者都是“平權的”，對國際標準單位制的“SI秒”和“SI米”的直接測量并不限制地點或引力場。為了系統統一，需配套年夜范圍適用的變換規則，這是創建和應用時空基準的基礎任務之一，并屬于基礎地理學研討范疇。
太瑜伽教室空活動的空間基準系統
空間是描寫事務和物體的距離、標的目的坐標分量，空間基準系統是測定六合間一切物體和事務的距離、標的目的、姿態及其變化的參考系統，具體由國際天球參考架（international celestial reference frame，ICRF）、國際地球參考架（international terrestrial reference frame，ITRF）和地球定向參數（earth orientation parameters，EOP）等實體和參數實現。
由于地球整體處于不斷的運動變化中，其空間1對1教學姿態體現為時變的三維轉動，這個稱為EOP，它描寫了國際地球參考系（international terrestrial reference system，ITRS）相對地心天球參考系（geocentric celestial re教學場地ference s會議室出租ystem，GCRS）的運動姿態變化。EOP包含5個參數：描寫地球自轉軸在慣性空間指向變化的2個歲差章動角；描寫地球自轉軸相對于地球概況變化瑜伽教室的2個極移角；描寫地球繞自轉軸轉動的1個自轉角，即此角也用于計算UT1。這些參數構成了衛星軌道實時測算的主要依據。
在IAU、國際年夜地測量學和地球物理學聯合會（IUGG）等國際聯合會配合領導的國際地球自轉與參考系服務機構（IERS）協調下，在各個參與國家供給觀測設施、參與數據處理剖析、一起配合科學研討等多種情勢一起配合下，基于甚長基線干預測量（VLBI）、衛星教學場地激光測距（SLR）、衛星多普勒定軌定位（DORIS）、各類全球導航衛星系統（GNSS）以及多種類多波段的地理看遠鏡測量等系統，已創建了多套可免費獲取的全球統一ITRF、ICRF和EOP產品。今朝最新的ITRF2014還考慮了地殼的非線性運動和地動的影響，精度獲得進一個步驟進步。
在經典年夜地測量時代，年夜地基準以經緯度及高程表現，體現為國家、地區的區域特徵。衛星導航技術出現后，全球衛星導航系統（GNSS）需與空中基準把持點和坐標獲得協調。例如，american全球定位系統（global positioning system，GPS）的WGS84坐標系統是1984年定義的國際協議，這是為GPS應用而樹立的全球空中坐標系統，相當于某一時間點上的國際空中坐標標準；中國斗極衛星導航系統（BeiDou navigation satellite system，BDS）的BDCS坐標系統，則與中國測繪部門發布的年夜地坐標系CGCS2000分歧。這類全球衛星導航系統與經典年夜地測量的區域性基準分歧，需與I教學場地T交流RF連接進而實現全球統一。今朝，american最新的WG舞蹈場地S84連接到了國際ITRF2008，而我國B瑜伽場地DCS是連接到了ITRF2000。
國內外太空活動時空基準發展現狀
原子鐘和 UT1是把控時空系統的焦點技術
今朝，衛星導航系統的時空基準均樹立在空中，各衛星導航系統依附全球或區域監測站的觀測數據測定衛星軌道和星上鐘差，并通過衛星播發廣播星歷和鐘差實現高精度時空基準的傳遞。一切導航衛星均設置裝備擺設了星載原子鐘，重要包含銣原子鐘、銫原子鐘和被動型氫鐘。american海軍地理臺在原子時自立守時方面發揮了國際引領和主導感化。american國家時間頻率準確度已達到10-15，時間同步精度達到納秒量級，在國際原子時產生中擁有最年夜權重。americanGPSIII衛星設置裝備擺設的增強型銣原子鐘日穩定度達到10-15量級。
經過近20年的發展1對1教學，我國守時和授時已達到國際一流程度，但由于缺少10-16穩定度守時鐘技術，與american存在機能上的差距。但BDS建設加快推動了技術進步，斗極三號衛星設置裝備擺設的銣原子鐘日穩定度達到了10-14量級，正加快追趕國際一流程度，被動型氫原子鐘日穩定度達到10-15量級，和歐洲伽利略星載氫鐘指標相當。
UT1表征了地球的真實自轉角度，一切聯系空中和空間目標測量信息瑜伽場地均需求這個量，使得其在國家標準時間產生、深空探測、衛星導航等領域有主要應用，此中多數情況需求實時或準實時UT1。例如，在2020年，由于新冠肺炎疫情致使居家辦公，americanGPS、俄羅斯全球衛星導航系統（global navigation satellite system，GLONASS）和歐洲伽利略衛星導航系統（Galileo satellite navigation system）曾聯名支撐UT1的準實時國際聯測，以堅持導航衛星系統的服務精度。光學拍照測量技術也曾在UTI測量上發揮過主要感化，但精度比擬于現今最精確的VLBI有量級差異。
今朝，國際上UT1數據產品的權威發布機構為IERS，測量UT1等參數需求全球VLBI觀測站網。為此，american航天局戈達德空間飛行中間（GSFC）牽頭成立了國際測地與天體測量瑜伽場地VLBI服務（IVS）機構，從而協調全球VLBI站網參加UT1的觀測、相關處理、數據剖析，為IERS供給數據源。上海地理臺是IVS的正式成員和數據剖析中間之一，自1987年開始參加國際聯測，今朝每年參加約30次，不按期向IVS供給射電ICRF、ITRF和EOP等解算結果。在上海地理臺的支撐下，國家授時中間和我國深空網均開展過UT1觀測實驗，有關單位一起配合初步構建了可取代互聯網UT1“什麼？！”藍學士夫婦驚呼月隊，同時愣住了。下載服舞蹈教室務的才能，但由于剛起步，還未構成UT1服務的全產業鏈。
今朝我國UT1參數取自IERS，american、俄羅斯等國家則一向堅持獨立測定任務。但近年國際形勢突變，完整依賴國外產品存在嚴重平安隱患。為此，我國也積極安排，無望在近2年實現全套EOP參數獨立測量和自立產品服務才能，但在基礎科研、人才隊伍攙扶等方面還有缺乏。
星表和歷表研制技術
國外星表與歷表發展
國外有記載的最早星表是希臘人阿里斯提魯斯等于公元前260年所著的星表，包含近幾百顆星且地位精度都在1度程度。人類最早的星表是公元前360年我國石申等人編制的《石氏星經》，比國外早了近100年。但隨后歐洲科技發展提速，17世紀發今天文看遠鏡、19世紀發今天文拍照術，積累了大批空中觀測數據。1988年，德國編制了亞角秒級FK5星表，在地位精度、恒星數目方面有了宏大進步，是當時國際最高精度的基準星表。1991年IAU決議交流采用銀河系外的類星體作為國際天球參考系的基準源，1個人空間997年歐洲航天局（ESA）第1顆天體測量衛星任務帶來了依巴谷星表，隨后開啟了空間天體測量的時代。依巴谷星表是國際天球參考系更換新的資料定義后的初次光學實現[9]。統一時期，地理學家在空中啟用了VLBI，基于近30年國際聯合觀測累積，截至今朝已實現了射電天球參考架的4次升級，在數量、地位精度和頻段覆蓋寬度等方面均有很年夜進步。2013年ESA發射了蓋亞（Gaia）衛星，努力于持續積累觀測和處理數據，并分期發布星表產品。今朝，Gaia任務結果發布的星數已達20多億，最終天體測量精度將達到5—10微角秒程度，這將會成為家教人類至今創建的最高精度和最高密度的ICRF。此外，國外還編制出了多個基于空中拍照觀測的星表和針對其他特別目標星表，如暗星星表、變星星表、黃道星表、導星星表、特別紅外波段星表等。
太陽系天體歷表在飛行器定軌、深空摸索等方面發揮著不成替換的感化。有賴于地基地理觀測和深空探測數據的長期積累，太陽系天體歷表精度慢慢晉陞。american噴氣推進實驗室（JPL）自20世紀60年月開創了高精度數值歷表研討；70年月初，其發布的DE系列歷表成為世界標準。DE系列先后根據分歧目標發表了多個版本，在天體數量、參數精度、時間跨度等方面不斷升級，當前最新版本為DE440/LE436。俄羅斯科學院應用地理研討所（IAA）從1974年開始獨立研制出了EPM系列歷表。法國歷書編算與天體力學研討所（IMCCE）從2003年起開始研制INPOP系列歷表，今朝指標已達到americanDE系列歷表程度。今朝國際上僅有美、俄、法3個國家具有公開發表高精度數值歷表的實力，并且實力還在不斷晉陞。
我國星表與歷表發展
由于歐美星表和歷表產品基礎可滿足我國軍平易近領域的相關需求，故我國一向采取了國”際一起配合的戰略，對歐美星表和歷表產品以采用為主，貢獻無限。近幾年來，依托國內射電看遠鏡，上海地理臺開展了黃道帶天區的射電星表加密任務，并基于數字化施密特拍照巡天數據，編制出我國第1部絕對自行星表（absolute proper motions outside the plane，APOP）。紫金山地理臺1984年起開始基于americanDE歷表編算地理年歷，并于2005年構成了PMOE2003（purple mountain observatory ephemeris 20舞蹈場地03）歷表，但框架初值、物理和地理常數取自DE405，未能實現完整獨立自立。
盡管我國今朝缺少國際權威產品，但在圍繞星表和歷表樹立所需的天體力學、天體測量和行星科學方面已構成較為完美的學科基礎，把握了微角秒級星表的相對論模子創建和軟件開發技術，星表和歷表研討評估的技術儲備扎實，潛力宏大。隨著深空探測任務的增多，公道應用我國構建的深空測控網[13]，也能晉陞構建星表和歷表的才能。
脈沖星計時觀測技術
根據過往30年對脈沖星的不斷觀測，今朝已知脈沖星的長期穩定度最高可達10-15，這距離當今最高精度原子鐘的穩定度還有必定差距，但自從1982年第1顆毫秒脈沖星PSR B1937+21被發現以來，在天然界探尋最高穩定度的脈沖星已成為地理學家的夢想，這也是太陽系及其外更年夜范圍深空甚至星際摸索所需的潛在時空基準源之一。近期，ESA已開展了脈沖星時間標準方面的研討，即PulChron計劃，并部門實現了可溯源的脈沖星時間標準。國際上也逐漸構成了若干脈沖星計時陣一起配合組織，并聯合構成了國際脈沖星測時陣（international pulsar timing array，IPTA）。
中國科學院新疆地理臺等單位長期開展脈沖星計時觀測，在脈沖星鐘頻率穩定度估計、綜合脈沖星時算法等方面積累了研討基礎和人才隊伍。但後期受限于設施測量才能程度，直到2016年500米口徑球面射電看遠鏡（FAST）建成后，才實現了對少數脈沖星百納秒的測時精度，達到國際領先程度。但FAST在脈沖星觀測方面仍存在觀測時間缺乏、天區覆蓋無限、觀測頻率無法拓展到3GHz以上等短板。由此可見，我國脈沖星觀測與國際程度比擬仍有較年夜差距。
其他專用緊密藍玉華感覺自己突然被打了一巴掌，疼得眼眶不由自主的紅了起來，眼淚在眼眶裡打轉。時空框架
自1969年以來，歐盟、american、俄羅斯、japan(日本)勝利發展了基于天然信標的太空活動時空基準技術，包含月面和火星概況激光角反射器、地月之間主動激光測量、地會議室出租火之間多普勒測量技術，并且在火星周圍運行多個中繼衛星。今朝，歐盟、american、俄羅斯、japan(日本)基于天然信標的太空活動時空基準技術已經發展到了第3代，把飛抵火星原有50%的掉敗概率幾乎下降到了零。近年來，國內外專家均提出在地月空間通過探測器發播人工脈沖實現深空基準星座的技術，現國外已出書了相關技術的白皮書，而我國在個別標的目的上處于論證發展階段。今朝，我國嫦娥四號中繼衛星僅承擔對月球著陸器的接力通訊任務，不具備微波接力測量或構建基準的才能，且我國還沒在月面安排激光小樹屋反射器。
當前我國太空活動時空基準存在的重要問題和緣由
當前存在的重要問題
盡管在個別方面有相當好的程度，但作為航天年夜國，我國太空活動時空基準的整體層面存在基礎設施程度不高、科研基礎不實、不具備系統性產品服務才能、對國外依存度年夜的問題。
今朝，我國星表、歷表、地球自轉參數等數據重要來自國外組織機構的互聯網平臺，這不具有長遠性和靠得住性。例如，在我國某些航天任務關鍵時刻，曾屢次發生IERS臨時維護而暫時結束其EOP服務的事務；我國小天體探測任務目標2016HO3小行星和311P彗星在國內無實測數據，所以只能剖析國外數據，且缺少觀測驗證才能；我國有些太空遙感任務所需的紅外星表國外未共享，只能依附光譜模子理論推算；斗極二號系統運行過程中，由于沒及時更換新的資料太陽系天體歷表，導致無法精確計算太陽和月亮對衛星的引力攝動，曾導致軌道計算和預報業務暫時中斷。
長此以往，我國在衛星導航、近地小行星探測、空間平安、年夜地測繪等將慢慢墮入基礎時空定位信息精度不斷降落以及難以校核的窘境。
當前問題的重要緣由
平安性戰略性認識不夠。我國在過往很長一段時間里對時空基準源頭建設重視不夠，疏忽了其在衛星導航、深空探測和國防建設等方面的戰略意義。我國太空活動起步于火箭衛星等國防應用急需，開初精度請求也不高，尚未系統布局時空基準的設施建設，對于星表、歷表和EOP的感化價值也認識無限。其次，“拿來主義”思惟使得我國科研人員構成了依賴國外產品的慣性，沒有深入意識到星表、歷表等參數自立可控的主要性。
歷史積累和研發投進缺乏。星表和個人空間歷表研制是極其眾多的系統工程，需求大批緊密先進的天基和地基觀測裝置，更需求長期的觀測積累。歐american家在後共享空間人肩膀上持續更換新的資料晉陞，具有長期穩定的隊伍，沉醉于細致進微的理論和數據剖析。我國對太空活動時空基準的源頭星歷表從未進行系統性計劃支撐，投進缺乏，人才隊伍不穩定，設施發展遲緩。
系統性科研與嚴重任務牽引私密空間缺掉。我國相關單位在星表改進、地理年歷編算、太陽系小天體研討等方面，多是應零碎性、臨時性、緊急性任務的請求而開展，科研服務國家嚴重需求的意識不強，滿足于應付面前和一事一議，缺少試用試錯再改進的機會，產品化才能和系統性積累缺乏，導致大批技術結果長期走不出實驗室。我國雖然在某些標的目的的研討程度能達到國際先進程度，但沒無形成面向各類航天任務統一的時空基準權威性框架產品，更沒有實現從科學研討到服務才能的持續轉化。
在航天用戶部門方面，我國傾向于嚴重工程構建，并不關注其基礎性源頭性建設問題。但是，americanJPL的DE系列歷表良多更換新的資料就是為了具體深空探測任務所經歷引力場環境分歧而研制的；法國INPOP系列歷表的發展則重瑜伽教室要源自于ESA的Gaia天體測量任務和其觀測資料的微角秒級處理剖析需求。由此可見，我國在太空活動相關時空基準方面的系統性科研與嚴重任務牽引上還缺少基礎科研建設，并存在部門思惟認識問題。
發展思緒建議
我國正在從航天年夜國轉向強國的路上，空間活動正以史無前例的速率和力度從地球空間向地月空間、月球空間、太陽系行星際延長，而諸如斗極工程瑜伽場地、嫦娥工程、火星探測和小行星探測等嚴重航天工程任務，都請求把握高精度時空基準源頭數據。“不積跬步無以致千里”，面向空間嚴重活動需求，務必進步認識，強化任務工程化、任務耐久化、才能系統化、結果服務化和研討國際化瑜伽場地的思維與理念，以盡早為我國太空活動供給自立可控且國際先進的各類時空基準服務。建議發展對策如下：
加強基礎研討。建議在國家層面對太空活動時空基準的基礎研討給予穩定支撐，重要包含：加強新型高精度原子頻率標準相關的原子物理學、量子力學等前沿科學研討，并加強基礎資料工藝攻關；開展相對論框架下的拍照天體測量模子研討、數據處理方式研討等任務，為獨立創建紅外星表奠基基礎；深刻開展相對論時空理論以及與之親密相關的引力場參數測定研討，深化太陽系天體動力學建模研討；深刻開展脈沖星計時和定位探測技術，解析低頻噪聲來源，樹立脈沖星歷表，這是任何應用脈沖星構建時空基準系統所無法繞開的基礎任務。
加強頂層設計。要加強國家層面頂層設計與協調論證。太空活動時空基準的構建是一項觸及多學科、多技術的戰略性系統工程，不克不及端賴零碎科研，必須從國家頂層上加強對應用需求、任務目標、技術計劃的設計和論證，樹立國家級的專業人才隊伍，研討促進航天任務和地理科研有機協同機兒的見識。轉身，她再躲也來不及了。現在，你什麼時候主動說要見他了？制。
加強資源統籌。調研既有技術條件，集約化應用已有存量，理清體系關系，統籌相關規劃。統籌分歧渠道設定的觀天測地設施，從而高性價比地實現對太陽系行星和基礎物理參數進行自立高精度測量。例如，應用上協調好設施才能、地輿地位、時段分派和聯測需求，公道規劃調配；深刻開發我國探月工程、深空探測計劃的產出潛能；在每次任務中增添行星觀測實驗，設置一起配合探測目標。
加強觀測才能。加速補齊觀測設施短板，增補構建若干地基和天基專用系統。例如，為高精度自立化供給UT1實測數舞蹈場地據并兼顧精化ICRF，應研討布局六合一體的VLBI聯測系統；針對脈沖星開展以FAST為焦點，并適當增補中小型射電裝置陣列的才能建設。這不僅能補足脈沖星觀測短板，還能通過VLBI組網實現脈沖星星歷表與射電星表的連接和加密，也將為人類開展深空甚至星際摸索供給潛在的時空基準源。
加強國際一起配合。在EOP和UT1產品服務才能方面，貢獻我國近些年安排的觀測設施和數據，爭取牽頭組織空間基準方面的國際聯測活動，帶動服務才能晉陞；在射小樹屋電星表方面，繼續加強與american國家航空航天局（NASA）在空間年夜地測量方面的一起配合，積極參與國際聯測和數據處理，加快進步自立創建射電星表的才能；在光學星表方面，繼續深化與ESA的Gaia項目一起配合，在相對論模子創建、觀測圖像微角秒級數據處理、星表獨立評估等方面深度參與；在太陽系歷表方面，加強同美、俄、法的一起配合交通，積極牽頭組織國際計劃，增強國際話語權。我國曾作為焦點參與IAU關于太陽系時間系統轉換理論創建和規范制訂任務，在基礎地理學領域有了必定的國際影響力。要高舉構建人類命運配合體目標，繼續堅持國際化視野和胸懷，持續積極推動國際一起配合。
(作者：肖偉剛，中國科學院嚴重科技任務局；齊朝祥，中國科學院上海地理臺。《中國科學院院刊》供稿）