NIAC 项目报告：面向显著提升宇宙尺度距离测量的太阳系尺度 VLBI

我们探讨了 Cosmic Positioning System (CPS) 的可行性和科学潜力，这一空间任务概念通过直接检测电磁波前曲率，实现对数百百万太阳系外天体的纯几何距离测量。CPS 由分布在太阳系外部的无线电天线星座组成，基线长度达数十天文单位。通过精确测量重复快速脉冲星尘 (Fast Radio Bursts, FRB) 的到达时间，CPS 采用三角测量法推断天体距离——类似于 GPS 等全球导航卫星系统，但在宇宙尺度上。我们表明，CPS 距离测量可实现次百分点精度的哈勃常数约束，即使仅通过少数探测即可实现；我们预计可检测 10至 100 个 FRB 目标。我们评估了主要不确定性来源——波前时间精度、星际折射延迟、太空站位置知识以及 onboard 时钟稳定性——并指出这些因素可通过近期技术控制至所需水平。我们的正式设计采用五个太空站、8 米可展开天线、3至 6 GHz 接收器（系统温度低于 30 K）以及类似 GPS 卫星的航天级原子时钟，配合地面网络进行测距校准和 FRB 警报。除宇宙膨胀外，CPS 还可能实现天文学和基础物理学中的前沿测量，包括对小尺度暗物质结构、微赫兹引力波（连接脉冲计阵列和 LISA）以及太阳系外部质量分布的约束。最大的可行性挑战在于多 GHz 频率下的 FRB 属性；我们建议开展观测计划以表征该频段的重复 FRB。