探秘中國首顆量子科學實驗衛星，2030年全球組網

今年7月，我國將發射世界首顆量子科學實驗衛星，並在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。在這顆備受關注的量子衛星即將出廠評審的關鍵階段，經過允許後，央視記者進入到衛星生產廠房進行了獨家拍攝，下面就跟隨記者的鏡頭一起來看看。

在中科院的微小衛星工程中心，記者看到這顆世界首顆量子通訊衛星正在進行出廠前最後的加電測試，它的內部最為核心的結構分為兩層，下面一層是衛星平台的一個控制系統，上面一層所搭載的就是量子衛星所特有的四種有效載荷。

有效載荷，其實就是指衛星平台所搭載的儀器和設備，直接決定著衛星執行特定任務的能力。量子科學實驗衛星所搭載的四種有效載荷，分別是量子密鑰通信機、量子糾纏發射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。

量子科學實驗衛星總設計師 朱振才： 它的最顯著的一個特點，就是同時要對有效載荷，對兩個光學的地面站來實現對準，並且這個範圍是非常大的，就是在正負90度和75度的一個範圍內來對準的。另外一個特點，就是光路之間，星上的一個光軸和地面的望遠鏡的光軸要嚴格對準，我們用的一個形象的比喻就是「針尖對麥芒」，那麼這樣的一個精度，實際要求達到3.5個微弧度。

兩級控制 星地光路「針尖對麥芒」

和普通衛星不一樣的是，量子衛星的各項實驗都需要天地互動來實現。只有達到高於普通衛星十倍的對準精度，各項實驗才能順利展開。為了達到這一要求，量子科學實驗衛星採用平台和有效載荷兩級控制的方式，不僅對單個設備的精度要求非常之高，對於兩級系統的控制也特別複雜。

量子科學實驗衛星總設計師 朱振才： 應該說沒有找到這樣的一些借鑒，我覺得可以認為說是國際上我們首次是實現的，能夠控制兩個設備的運動，對兩個站進行跟蹤和實現光路對準這樣的技術。

量子科學實驗衛星採用平台和載荷一體化設計，雖然體積不大，重量也只有640公斤，但小小的衛星上卻隨處可見我國科研人員的創新之舉。

在這顆量子衛星上還有一顆非常重要的載荷，叫糾纏源，它只有機頂盒的大小，但是作用卻非常關鍵，因為它能夠產生糾纏光，而這也是這顆衛星在空中做各種量子實驗的一個源頭，平時實驗室里糾纏源的體積非常巨大，但是，研究人員不僅把它做到了小型化，還通過一系列的創新讓它實現了滿足這種空間的環境要求，這在國際上是首次實現的。

作為中科院空間科學先導專項的第三顆科學衛星，量子科學實驗衛星在2011年正式立項。經過五年研製，衛星已經完成總裝，正在進行出廠前的最後一輪加電測試。在通過出廠評審之後，量子衛星將於今年6月轉運到酒泉衛星發射中心，並將在7月擇機發射。

任務：開展量子保密通信實驗

作為世界首顆即將發射的量子科學實驗衛星，它在空中究竟要進行怎樣的科學實驗?又具有怎樣的意義呢?記者在位於上海浦東的中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心，採訪到了量子科學實驗衛星的首席科學家潘建偉院士。

量子科學實驗衛星首席科學家、中科院院士 潘建偉： 這個衛星主要是有三個任務，第一個任務主要是比較實用的，就叫做量子保密通信，或者量子密鑰分發，這個時候我們會實現衛星和地面之間的一種安全的通訊。

潘建偉介紹，傳統的通信加密和傳輸安全都是依賴於複雜的演算法，但是只要對方的計算能力足夠強大，再複雜的保密演算法都能夠被破解，所以都不能夠做到絕對安全。量子通信能做到絕對安全，是由量子自身的特性所決定的。作為光的最小顆粒，單個的光量子在傳輸信息的時候具有測量不準、不可克隆等性質，這些特性構成了量子通信安全的基石。

潘建偉： 量子的保密通訊的這種手段，原理上都是無條件安全的，哪怕計算能力再強，也是破解不了的，所以從這個角度上講，它就是一種革命性的東西。

對於普通的衛星而言，只要順利升空就意味著至少成功了一半。但對於量子衛星來說，發射升空卻僅僅只是開始，衛星在太空中與地面幾個光學實驗站的「互動」，才是此次量子衛星實驗的重頭戲。

潘建偉： 量子密鑰分發比較簡單，就是相當於，我在衛星上，你在地面，我就給你發一連串的單光子下來，發到你手中，你能把信號給解碼出來，這任務就完成了。4個光學地面站就可以來接收衛星下來的信號，那我們就可以進行量子通訊，那麼在衛星的幫助之下，這4個地面站任何兩兩之間的地面站都可以實現一個安全的通訊，我們就可以組網了。

目標：2030年全球組網

據了解，在首顆量子科學實驗衛星發射後，我國還將陸續發射多顆量子衛星，力爭在2030年前後率先建成全球化的廣域量子保密通信網路。

潘建偉： 用這種小顆粒來傳輸信息的時候，在光纖裡邊丟失得就很快，所以大概做了一百公里，做了兩百公里，現在我們剛剛有個最好的結果能做到四百公里，想做再遠，你也做不下去了。但是，從天上往下送信號的時候，那個是一個大氣層的厚度，大概只有相當於水平大氣的就是八到十公里左右，那麼這樣用衛星送，送幾千公里都是非常容易的，80%的光是可以穿過大氣的，所以你要做全球化的量子通訊的必須上天，才能做這個全球化的廣域的量子通訊。

※2016中國航天年之衛星盤點：穿越星際的科學探索
※《科學美國人》評2016年十大創新技術 量子衛星入選
※2017年中國計劃發射6―8顆北斗導航衛星
※我國將在2020年前後研製發射5顆空間科學衛星
※2017年中國計劃發射6—8顆北斗導航衛星
※中國2020年發射火星探測衛星2022年建空間站
※中國計劃在2017年發射全球首顆專業夜光遙感衛星
※中國計劃在2017年發射首顆電磁監測試驗衛星
※每日科學家：4月15日，中國衛星大地測量學家魏子卿誕生
※我國將於2020年發射火星探測衛星
※「北斗三號」今年7月首發 2020年完成其35顆衛星組網
※他42年為中國造34顆衛星，88歲還在航天第一線，是中國衛星之父
※中國航天科工集團計劃發射156顆小衛星
※中法合作首顆衛星2018年發射
※中國火星探測任務立項 2020年發射火星探測衛星
※全球首顆5G毫米波通信衛星2018年發射
※巴西擬2020年首次探月 用納米衛星研究空間環境
※科學家發現一顆地球准衛星 已環繞地球近100年
※1985年4月1日，美國發射第一顆氣象衛星TIROS-1