基于石英挠性加速度计的微重力测量系统设计

张世磊，于梦溪，时旷怡，郑 拓，肖爱民，董文博

（1. 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094；2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 中国科学院太空应用重点实验室，北京 100094)

随着我国空间站建设任务顺利展开，我国的空间科学与应用技术快速发展[1]。太空中的微重力环境适合进行物理、化学、材料等学科的科学实验[2]。但是人员和设备运动、姿轨控制以及引力摄动等原因引起的扰动导致空间站微重力水平并不理想，需要微重力加速度计来测量和标定科学实验载荷上的瞬变加速度、振动加速度和准稳态加速度[3]。神舟飞船、天舟一号、中国空间站[4]都配备了微重力加速度计。NASA的加速度测量系统SAMS[5,6]、微重力测量系统MAMS和JAXA的微重力测量仪[4]已服务于太空应用多年，用来测量、控制、监视不同频段的微重力实验载荷的加速度。除天基微重力设施外，微重力加速度的测量对于地基微重力设施也非常重要[7]。

用于低频准稳态微重力测量的加速度计主要包括MEMS、静电悬浮式和全光式（激光干涉和原子干涉）几种。静电悬浮式加速度计[8]、全光式加速度计[9,10]的精度很高，但体积较大，成本高。石英挠性加速度计技术已经非常成熟[11]，精度高、体积小、成本低，但高频噪声导致的频谱混叠，将其精度制约在10μg以上，限制了在微重力测量方向的应用。而空间载荷的微重力环境指标要求在0.01Hz以下实现10μg甚至1μg的微重力测量[12]，现有石英挠性加速度计产品一般不直接应用于低频准稳态微重力测量。……