这几天，有这样一条消息被多家媒体报道：“自今年6月8日以来，我国天琴计划团队已多次成功实现地月距离的激光测量，并在国内首次得到月球上全部五个激光反射镜的回波信号。这标志着包括我国在内，全世界共有五个国家具备了激光精准测量地月距离的技术能力。”看到这个消息，有几个方面的信息和大家一起分享。

 1．地月激光测距的原理

 简而言之，就是利用激光直接测定地球和月球之间距离的技术。

 地月激光测距的原理是：借助望远镜从地面观测站向月球发射一束脉冲激光，然后接收从月球表面反射回来的激光回波，通过观测站上的计数器测定激光往返的时间间隔，由此推算出地球和月球之间的距离。

 上世纪60年代初期，激光技术问世之后不久，人们就开始尝试里用激光来测量地月之间的距离。只不过发射到月球上的激光反射之后发生漫反射，能够回到发射点的光的亮度很弱，导致测量的精度很低。

 2．后向反射器装置

 要提高测量精度，关键是要让反射回来的光原路返回，不要漫天散射。

 1969年7月，美国进行第一次载人登月飞行，宇航员在月面上安放了第一个后向反射器装置。它的大小为46厘米见方，上面装有100个熔石英材料的后向反射器，每个直径为 3.8厘米。这种反射器实际上是一个光学的四面体棱镜。它有一个很有用的特性﹕当一束光线从第四面射入，经过三个直角面依次反射后，仍会从第四面射出。这一特性能保证反射光讯号沿原发射方向返回地面测站，使回波的强度大大增加。这样，利用面积很小的反射器组合就可以使地球上收到激光回波，而且波形不会因此变宽，因而可以达到很高的测距精度。

 后向反射器的应用，使月球激光测距的精度大大提高。目前，在月球上共安放了五个后向反射器装置，地面测距系统也日趋完善。近年来测距精度已达到毫米量级。从上面的消息稿可以看出，天琴团队的成员们对所有放在月球上的后向反射器都进行了测量。

阿波罗11反射器阵列

 地月激光测距听上去很简单，构思也没有新奇之处，但是，真正想要用技术表现出来是非常困难。其难点主要包括：第一，光路系统中的激光发射和激光接收转换，需要保证系统能正常发射激光，并接受回波信号。第二，望远镜跟踪指向的精度。当望远镜指向精度为3秒时，指向月球时激光束的中心与月面反射器的间距最大可达6千米，而最大的月面反射器——阿波罗15号有效反射面积仅是3402平方厘米。第三，激光光束质量及光学系统效率，影响激光实际发射能量和质量。这要求激光发射装置的制作技术也要很高超。

 3．地月激光测距的意义

 地月激光测距具有多方面的价值和意义。首先从测量本身来说，通过对激光光源的研制和改进、后向反射器装置的设计、回波光讯号接受装置的研发等，可以大大提升与激光相关的领域的科研和技术水平。

 其次，地面观测站与月面反射器之间的距离及其变化包含了十分丰富的信息。几年来，应用精确的地月测距资料，已经大大改进了月球的轨道计算；研究了月球物理天平动和内部结构模型；精确测定了反射器的月面坐标，改进了地面观测站的地心坐标以及地月系的质量数据；同时还检验了引力理论，证明了广义相对论的正确性。今后还会运用精确的月球测距资料来研究地球极移﹑测量板块运动等十分重要的课题。

 4．天琴计划

 天琴计划是中国科学院院士罗俊于2014年3月在华中科技大学的一次国际会议上提出、以我国为主导的国际空间引力波探测计划。引力波是加速中的质量在时空中所产生的波动，也被比喻为时空的“涟漪”。根据爱因斯坦的相对论，宇宙中巨大的天体运动会让时空发生扭曲并像波浪一样传播，这就是引力波。2016年，多国科学家首次探测到了引力波。

“天琴计划”实验本身将由三颗全同卫星（SC1、SC2、SC3）组成一个等边三角形阵列，卫星本身作高精度无拖曳控制以抑制太阳风、太阳光压等外部干扰，卫星之间以激光精确测量由引力波造成的距离变化。“天琴”的重要探测对象是一个周期仅有5.4分钟的超紧凑双白矮星系统RXJ0806.3+1527产生的引力波。

 5．天琴计划与地月激光测距的关系

 “天琴计划”主要将分四阶段实施：第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、建成大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施；第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证，以及空间等效原理实验检验；第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证，以及全球重力场测量；第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术，发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。

“天琴计划0123”

 完成全部四个子计划，大约需要二十年的时间，投资大约150亿元人民币。