"墨子号"量子卫星满一周岁啦!听听"娘家人"如何自评
2017-08-17

昨天是世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”的一周岁生日!承载着人类“完美通信”梦想,寄托着国人“领跑”全球期待的“墨子号”满一周岁了,想要对远在空间的它道一声“生日快乐”的人有很多,其中最有“话语权”的无疑是全程参与了“墨子号”自主研制过程的科研人员。“墨子号”卫星研制总体单位——中科院微小卫星创新研究院(上海微小卫星工程中心)给新民晚报新民网发来了一份“专业自评表”。一岁的“墨子号”表现到底如何,且听“娘家人”怎么说!

 

“到目前为止,‘墨子号’量子科学实验卫星在轨稳定运行一周年,卫星工作状态良好,提前1年圆满完成原计划2年所规定的三大科学目标,取得了举世瞩目的科学成果。此后将开展一系列拓展科学实验,有望取得更多科学成果。”自评表如是说。

 

让我们随着上海“娘家人”人一起来回顾“墨子号”的第一年——

图说:首颗量子卫星“墨子号”成功发射 来源/央视

2016年8月16日,中国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,在酒泉卫星中心搭乘“长征二号丁”Y32运载火箭成功发射升空,准确进入预定的500公里太阳同步轨道。确切地描述,预定轨道的近地点高度498公里、远地点高度503公里、倾角97.413度、周期94.6分钟。

图说:“墨子号”运行良好,天地通信通路建立 来源/央视

2016年9月2日,“墨子号”在轨运行252圈,总体运行情况良好,天地通信通路成功建立。

2016年8月21日至12月21日,“墨子号”卫星通过三大“考试”——有效载荷自测试、光学站参与的载荷测试和天地一体化链路测试,完成了大纲所规定的全部测试内容。

图说:“墨子号”完成在轨测试 来源/央视

2017年1月18日,经过近4个月的在轨测试,“墨子号”各项功能性能均达到设计要求和科学实验任务需求,正式交付科学家使用,人类首次天地一体化量子实验进程正式开启。

 

2017年6月16日,中科院在中国科技大学组织召开新闻发布会,宣布我国利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先实现了千公里级的量子纠缠分发,并在此基础上首次实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。千公里级的量子纠缠分发相关科学成果,以封面论文的形式发表于当日的国际权威学术期刊《科学》(SCience)。

图说:量子卫星提前实现三大科学目标 来源/央视

2017年8月10日,中科院在北京再次组织召开发布会,宣布我国利用量子科学实验卫星在国际上首次成功实现星地量子密钥分发和地星量子隐形传态。至此,量子卫星三大科学目标圆满完成,向着覆盖全球的广域量子通信网络迈出了里程碑式的一步。可以说,不论在空间尺度量子物理基本问题检验上,还是在覆盖全球的量子通信技术发展上,我国都走在了世界的前列。星地量子密钥分发和地星量子隐形传态相关科学成果,同时在线发表在当日的国际权威学术期刊《自然》(Nature)上。

图说:量子卫星新疆南山地面站跟瞄试验现场的科研人员 来源/中科院

五年磨一“墨”

其实早在2011年,中国科学院空间科学先导专项启动量子科学实验卫星工程便正式启动,中科院微小卫星创新研究院授命担纲卫星研制总体单位。

 

五年的“磨墨”历程中,创新研究院负责攻克了星地双光路高精度对准、卫星微振动抑制设计仿真与地面验证、卫星平台载荷动力学耦合与隔离、卫星平台载荷一体化协同控制等多项关键技术,牵头组织中科院上海技术物理研究所所、中国科学技术大学和中科院上海光学精密机械研究所完成量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验控制处理机和高速相干激光通信机5台有效载荷研制,在完成量子卫星整星研制、总装、集成与测试同时,结合卫星研制实际情况解决了卫星微振动抑制、单光子探测器空间抗辐照、偏航结合载荷偏置指向等总体性工程技术问题。

 

2016年6月5日,量子科学实验卫星通过出厂评审,完成卫星研制。

图说:兴隆地面站量子科学实验现场 来源/新华社

永远的“娘家人

交“墨”之后,“娘家人”又为自家宝贝做了点啥?据介绍,量子卫星在轨交付后,中科院微小卫星创新研究院作为卫星总体单位,继续为“墨子号”操心费脑,对利用卫星开展科学实验的用户团队“有求必应”,有效保障了科学实验工作。其中,不乏亮点。

——“加班”:针对科学团队希望增加有效实验时间的需求,充分利用电源系统设计裕量,使得卫星入轨运行后从每天最多可2次实验提高到每天均可进行3次科学实验,完成科学任务所需时间缩短到原来的三分之二;

 

——“调光”:针对科学团队在科学实验时新提出的变更光子偏振方向,验证卫星与地面站光子偏振方向匹配测试需求,成功控制卫星姿态在量子光路对准期间沿光轴旋转45°;

 

——“换模式”:科学团队在科学实验过程中发现卫星长期惯性对日指向时,有效载荷的偏振性能有下降趋势。在考虑能源、热控、数传等多方面影响后,调整卫星非实验期间由惯性对日指向模式更改为对地指向模式,组织实施了卫星姿态指向模式更改,较好得抑制了有效载荷的偏振性能有下降趋势;

 

——“改参数”:针对科学团队提出开展国际合作,在奥地利格拉茨站点开展量子密钥分发实验需求,卫星总体组织实施了星载软件参数更改,上注国外地面站信息,使得卫星可支持对国外地面站指向功能,与国外站的科学实验数据表明卫星指向、精度等指标符合要求。

图说:下一步将开展基于纠缠的远距离量子密钥分发 来源/中科院

"墨子号”经验

 一句话小结,“墨子号”量子科学实验卫星是一颗技术先进、具有高精度星地对准功能的科学卫星。作为“娘家人”,中科院微小卫星创新研究院的对“墨子号”“最好的爱”便是“机理清楚、技术见底“。最终,量子卫星整星的各项功能性能不仅符合指标要求和设计预期,符合科学家使用要求,而且为拓展科学实验任务的开展提供了良好技术条件。有了“磨墨”的成功经验,中科院微小卫星创新研究院也成功掌握了针对同类科学卫星的诸多研制经验和能力。四句话概括:贯彻以科学目标为中心的项目研制思路;秉承质量优先的指导方针;容忍适度的技术状态更改;允许适当的功能扩展设计。