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引言1

1爱因斯坦广义相对论的预测及验证原理3

1.1广义相对论3

1.2对广义相对论所预言的新物理效应的预测6

1.3短程线效应和坐标系拖曳效应引起的陀螺进动8

1.3.1短程线效应引起的陀螺进动10

1.3.2坐标系拖曳效应引起的陀螺进动13

2引力探测器卫星（GP-B）15

2.1 GP-B实验的目的和意义16

2.2测量短程线效应和坐标系拖曳效应的原理和方法17

2.3 GP-B的轨道及向导星选择19

2.4卫星的结构和参数21

2.5卫星搭载的仪器装置25

2.5.1杜瓦瓶25

2.5.2真空金属筒26

2.5.3石英块29

2.5.4陀螺和加速度计31

2.5.5超导量子干涉仪（SQUID）32

2.5.6望远镜32

2.6对引力探测器卫星的要求34

2.6.1总要求及误差树34

2.6.2陀螺受到的干扰加速度应小于10-11 g37

2.6.3卫星核心部件的低温工作环境38

2.6.4低磁场环境38

2.6.5真空罐内的真空度40

2.6.6其他40

2.7 GP-B系统层次和系统复杂性42

2.7.1系统目标43

2.7.2系统组成的层次和工程阶段44

2.7.3系统复杂性45

3陀螺结构及关键技术47

3.1静电陀螺的结构47

3.2陀螺转子制造和参数测量48

3.3陀螺支承50

3.4陀螺加转与阻尼52

3.5陀螺信号读取54

3.6陀螺装配57

3.7小结58

4陀螺及其部件在地面的测试和标定59

4.1太空中与地面上陀螺工作状态的差别60

4.2太空中陀螺受到的干扰力矩60

4.3太空中陀螺漂移模型64

4.4地面上的陀螺漂移65

4.5支承系统在地面的测试66

4.6 SQUID在地面的测试67

4.7陀螺精度实验及误差分析71

4.8其他78

4.9小结79

5 GP-B卫星测量数据可信度的保证81

5.1实验数据内部一致性的保证81

5.2实验数据外部一致性的保证82

5.3太空中的标定84

6科学数据提取和估计87

6.1科学数据提取87

6.2数据介绍88

6.3数据处理与估计90

6.3.1发射前拟采用的数据处理模型90

6.3.2最终采用的数据处理模型92

6.4 GP-B实验系统误差103

7 GP-B实验结果及问题105

7.1 GP-B实验的结论106

7.2两个始料未及的事情及它们对实验的影响109

7.2.1碎磷效应引起的陀螺时变极迹运动及对实验的影响109

7.2.2不对准力矩和谐振力矩113

7.3数据处理的主要方法115

8评论117

8.1美国国家航空航天局的评论117

8.2 《AAAS Science Now》评论118

8.3 《American Surveyor》评论118

8.4 《 Aviation Week》评论119

8.5 《 BBC NEWS》评论119

8.6 《 Big Think》评论119

8.7 《Bloomberg》评论120

8.8 《 Physics》评论120

8.9 《 Inside GNSS》评论121

8.10 《Nature.com NEWs》评论121

8.11 《NYTimes》评论122

8.12 《Science News》评论123

8.13 《SF Chronicle》评论123

8.14施昊的质疑文章123

8.15张操的质疑评论124

9 GP-B实验给我们的启示125

9.1 GP-B陀螺为惯性技术的空间应用开辟了新思路125

9.2严格“安静”的环境条件是陀螺仪工作的必要条件125

9.3新材料、新技术的应用是提高陀螺精度的基础126

9.4缜密的太空检测与可靠的实验数据处理是实验成功的重要环节127

9.5正确有效的管理是成功的有力保证128

9.6 GP-B在带动相关学科发展、培养人才方面做出了历史性的贡献128

9.7勇于探索，不断创新129

附录A131

A.1 GP-B发展大事记131

A.2专业术语中英文对照143

A.3科学术语解释144

A.4一些有关的网站资源147

参考文献149