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助“墨子号”连通天地 接送信息“绝对安全”

2016-08-25 10:40
安娜PARKER
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  北京时间16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空,标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。卫星升空后,怎样实现和地面的“对话”?这其中又有怎样的奥秘?昨日,本报记者走进中国科学院光电技术研究所,探秘卫星的地面“兄弟”——量子卫星地面望远镜。

  精准

  500公里外

  对准偏差为0.5米

  微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系。它们就像“双胞胎”,不管距离多远,只要一个粒子状态发生变化,就能立即使另一个粒子状态发生相应变化。利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式,就是量子通信。依靠量子本身的随机性和不可复制性,量子通信变得绝对可靠。那么,“双胞胎们”要如何实现精准对接呢?这就需要卫星的地球“兄弟”——地面望远镜帮忙了。

  “地面望远镜是量子科学卫星的重要组成部分,它必须保持高精度,以 针尖对麦芒 的 精神 ,在量子卫星运行到地面站观测范围内时,及时捕捉到卫星发射来的激光信号。”中国科学院光电技术研究所地面望远镜系统行政总指挥杨虎向记者介绍:“望远镜根据轨道数据指向卫星并发射信标光,在其与地平线夹角为5度时照射到卫星,开始进入捕获跟踪过程。当夹角为15度时,卫星上终端已对准地面望远镜,望远镜接收到卫星上的信标光,开始进行互跟互瞄。在一定角度范围内,就开始稳定跟瞄,并开展量子通信试验。而跟瞄精度,对500公里的卫星光轴对准偏差为0.5米。”

  精细

  加工机器精度

  在0.003毫米左右

  据了解,整个量子科学实验卫星由一个卫星通信终端和5个地面望远镜终端组成。其中北京兴隆、青海德令哈、乌鲁木齐南山、云南丽江4个口径1米以上的地面通信望远镜均由光电所承担研制。昨日,记者还走进了光电所实验室,近距离了解了“成都造”地面望远镜是如何从“0”到“1”。

  还未走进实验室,不间断的“轰轰”声便营造出一派繁忙和严肃的气氛。走进一看,只见一台台加工中心机器正“奋战”在制造一线,铣削、切割、车削、打磨、镗铣、检测……不同机器有着不同分工。“望远镜的大部件分为三个部分,回转轴系、水平轴系和主镜室,除开螺丝钉、弹簧等小零件不算,较大零件加起来约有三四百件。其中最核心的部件叫作轴成环,它的直径达2.2米,能够帮助望远镜快速准确找到量子卫星的稳定信号。轴成环由手工研磨和机器锻造两个步骤制造完成,制作这一个部件就需要半年多时间。”精密机械制造中心工艺负责人钱静告诉记者,实验室内许多机械零件加工机器的精度都在0.003毫米左右,是头发丝直径的二十到三十分之一。正是这些大大小小的零部件,让望远镜从图纸“走”了出来。而从设计到制造完成的全过程均在成都完成。

  “这是国际上首台集量子通信、大视场天文观测、相干激光通信功能为一体的大口径望远镜系统,一台重达10余吨。”地面望远镜系统技术总指挥黄永梅介绍,在“墨子号”两年设计寿命期满后,它仍可作为天文望远镜完成巡天任务。

  艰辛

  18个月完成研制

  每天工作18小时

  作为量子卫星的地球“兄弟”,地面望远镜也会用“兄弟间”才会懂的方式,将收到的信息发送给接收方,这种独特的方式就是“量子密钥”,它可以做到绝对安全。“得益于这种 绝对安全 ,人们可以解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。不仅能实质性地提升国家的信息技术水平和信息产业的核心竞争力,与我们每个人的生活、工作也都不无关系。”光电所地面望远镜系统软件分系统负责人贺东说。

  据了解,地面望远镜项目从正式立项到出所验收,仅仅历时18个月。“在18个月的时间里,我们经历了方案论证到设计、研制、检测、验证等各阶段的工作,多次大型专项实验验证,研制进度十分紧张。由于地面站都选择在海拔高、大气通透度强的地方,因此我们团队成员需要以每天18小时左右的工作时间,在外场进行安装工作。早上安装调试,晚上观察实验,几乎都是凌晨四五点才休息。”贺东告诉记者,虽然工作时间长,环境艰苦,但是为了这一具有里程碑式意义的项目,团队成员都觉得很值。

  记者同时获悉,南山与兴隆地面站望远镜将完成密钥分发实验;南山与德令哈地面站望远镜将完成量子双向纠缠实验;云南地面站望远镜作为备份站点,将与德令哈地面站望远镜携手完成量子双向纠缠实验;南山和兴隆地面站望远镜还将完成星地相干激光通信。“墨子号”成功发射三四天后将进行星地对接尝试和测试,3个月后或将进行跟踪实验。
 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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