央视探秘世界首颗量子科学实验卫星:将发射多颗力争全球组网

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2016-05-28 12:35 来源:澎湃新闻

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今年7月,我国将发射世界首颗量子科学实验卫星,并在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建一个天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。在这颗备受关注的量子卫星即将出厂评审的关键阶段,经过允许后,央视记者进入到卫星生产厂房进行了独家拍摄,下面就跟随记者的镜头一起来看看。
在中科院的微小卫星工程中心,记者看到这颗世界首颗量子通讯卫星正在进行出厂前最后的加电测试,它的内部最为核心的结构分为两层,下面一层是卫星平台的一个控制系统,上面一层所搭载的就是量子卫星所特有的四种有效载荷。
有效载荷,其实就是指卫星平台所搭载的仪器和设备,直接决定着卫星执行特定任务的能力。量子科学实验卫星所搭载的四种有效载荷,分别是量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。
量子科学实验卫星总设计师 朱振才:它的最显著的一个特点,就是同时要对有效载荷,对两个光学的地面站来实现对准,并且这个范围是非常大的,就是在正负90度和75度的一个范围内来对准的。另外一个特点,就是光路之间,星上的一个光轴和地面的望远镜的光轴要严格对准,我们用的一个形象的比喻就是“针尖对麦芒”,那么这样的一个精度,实际要求达到3.5个微弧度。
两级控制 星地光路“针尖对麦芒”
和普通卫星不一样的是,量子卫星的各项实验都需要天地互动来实现。只有达到高于普通卫星十倍的对准精度,各项实验才能顺利展开。为了达到这一要求,量子科学实验卫星采用平台和有效载荷两级控制的方式,不仅对单个设备的精度要求非常之高,对于两级系统的控制也特别复杂。
量子科学实验卫星总设计师 朱振才:应该说没有找到这样的一些借鉴,我觉得可以认为说是国际上我们首次是实现的,能够控制两个设备的运动,对两个站进行跟踪和实现光路对准这样的技术。
量子科学实验卫星采用平台和载荷一体化设计,虽然体积不大,重量也只有640公斤,但小小的卫星上却随处可见我国科研人员的创新之举。
在这颗量子卫星上还有一颗非常重要的载荷,叫纠缠源,它只有机顶盒的大小,但是作用却非常关键,因为它能够产生纠缠光,而这也是这颗卫星在空中做各种量子实验的一个源头,平时实验室里纠缠源的体积非常巨大,但是,研究人员不仅把它做到了小型化,还通过一系列的创新让它实现了满足这种空间的环境要求,这在国际上是首次实现的。
作为中科院空间科学先导专项的第三颗科学卫星,量子科学实验卫星在2011年正式立项。经过五年研制,卫星已经完成总装,正在进行出厂前的最后一轮加电测试。在通过出厂评审之后,量子卫星将于今年6月转运到酒泉卫星发射中心,并将在7月择机发射。
任务:开展量子保密通信实验
作为世界首颗即将发射的量子科学实验卫星,它在空中究竟要进行怎样的科学实验?又具有怎样的意义呢?记者在位于上海浦东的中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心,采访到了量子科学实验卫星的首席科学家潘建伟院士。
量子科学实验卫星首席科学家、中科院院士 潘建伟:这个卫星主要是有三个任务,第一个任务主要是比较实用的,就叫做量子保密通信,或者量子密钥分发,这个时候我们会实现卫星和地面之间的一种安全的通讯。
潘建伟介绍,传统的通信加密和传输安全都是依赖于复杂的算法,但是只要对方的计算能力足够强大,再复杂的保密算法都能够被破解,所以都不能够做到绝对安全。量子通信能做到绝对安全,是由量子自身的特性所决定的。作为光的最小颗粒,单个的光量子在传输信息的时候具有测量不准、不可克隆等性质,这些特性构成了量子通信安全的基石。
潘建伟:量子的保密通讯的这种手段,原理上都是无条件安全的,哪怕计算能力再强,也是破解不了的,所以从这个角度上讲,它就是一种革命性的东西。
对于普通的卫星而言,只要顺利升空就意味着至少成功了一半。但对于量子卫星来说,发射升空却仅仅只是开始,卫星在太空中与地面几个光学实验站的“互动”,才是此次量子卫星实验的重头戏。
潘建伟:量子密钥分发比较简单,就是相当于,我在卫星上,你在地面,我就给你发一连串的单光子下来,发到你手中,你能把信号给解码出来,这任务就完成了。4个光学地面站就可以来接收卫星下来的信号,那我们就可以进行量子通讯,那么在卫星的帮助之下,这4个地面站任何两两之间的地面站都可以实现一个安全的通讯,我们就可以组网了。
目标:2030年全球组网
据了解,在首颗量子科学实验卫星发射后,我国还将陆续发射多颗量子卫星,力争在2030年前后率先建成全球化的广域量子保密通信网络。
潘建伟:用这种小颗粒来传输信息的时候,在光纤里边丢失得就很快,所以大概做了一百公里,做了两百公里,现在我们刚刚有个最好的结果能做到四百公里,想做再远,你也做不下去了。但是,从天上往下送信号的时候,那个是一个大气层的厚度,大概只有相当于水平大气的就是八到十公里左右,那么这样用卫星送,送几千公里都是非常容易的,80%的光是可以穿过大气的,所以你要做全球化的量子通讯的必须上天,才能做这个全球化的广域的量子通讯。
责任编辑:李琪澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 量子科学

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