跟蹤「墨子號」成都技術實現「天地對話」

（原標題：跟蹤「墨子號」成都技術實現「天地對話」）

華西都市報記者探訪量子衛星地面望遠鏡系統研發團隊

我國自主研發的首顆量子通信衛星「墨子號」已順利升空。

衛星升空後，如何跨越時空距離，和地面望遠鏡找到彼此？地面設備又如何精準捕捉衛星信號，實現天地間對話？作為量子激光通信系統的核心組成部分，中科院光電所研製的地面望遠鏡，正是通過發射信標光準確覆蓋量子衛星，並快速捕獲高精度跟蹤星上信標光，從而搭建地星之間穩定的「對話通道」。8月17日，華西都市報記者走進中科院光電研究所，採訪了成都「智造」地面望遠鏡系統研發團隊。華西都市報記者張想玲

空地光路對接 依靠直徑不到5毫米激光光束

跨越遙遠距離的衛星和望遠鏡如何實現對接「握手」？

實現空地牽手對話，首先要實現空地光路對接。用一個形象的比喻說，就像兩個東西都在黑暗裡面，通過事先設計好的軌道和準確的望遠鏡的天文指向，來建立一個鏈路，然後相互的發射信號過來，完成一個通信。

中科院光電技術研究所副研究員、量子科學實驗衛星望遠鏡分系統副主任設計師賀東表示，衛星從地面站上空經過的時候，地面站將發射一束直徑不到5毫米的激光光束覆蓋衛星所在區域。衛星接收到信標光後，反饋一束信標光給地面站，隨後地面站根據衛星返回的激光信號進行捕獲跟蹤，光路對接任務就算完成，此時衛星就可以與地面進行既定的各種測試。「讓地面望遠鏡發現衛星，衛星看見地面望遠鏡。」賀東說，首先找得到彼此，實現光路對接，這也是實現空地對話的第一步。

見抓得准「針尖對麥芒式」跟蹤

對「墨子號」升空後，將在500公里的近地軌道以每秒7.9公里的速度划過天際，通過每一個接收點的空域時間大約只有五分鐘左右。

由於不是同步衛星，這顆量子衛星將以橢圓軌道繞地球飛行，這就表示，對每一個接收點來說，一天就只有一次機會和衛星進行通信連接，所以每一次的機會都彌足珍貴。

如何看得見，還能抓得准？賀東表示，星地光路對準是量子同時實驗任務的難點之一，這種光子的發射與接收，是真正的「針尖對麥芒」，其相當於瞄準一個500公里外的目標射擊，最終的誤差不能超過50厘米，而且靶子還是移動的。

「沒法對準，就沒法通信。」賀東表示，衛星的位置是個絕對位置，我們望遠鏡的絕對指向能力精度也非常高。一個錶盤360度，其中一份就是一度。將一度分成3600份，3600分之一度，就是一個角秒，我們的指向精確度技術是一個角秒，達到這樣的精度，在國內國際都是最高的。

「對準之後，衛星上的信號發射回來要抓得穩。」賀東進一步解釋說，這就要求跟蹤精度要非常高。打個比方，假設手電筒的光能照到500公里外，我們的技術可以實現光斑晃動小於50厘米，這樣的跟蹤精度可見一斑。「當然，由於不可見光，在捕捉光波的時候還要保證波段和和方向不被改變。這樣才能確保後期對信號處理的精確性。」

成都女掌門領銜「地空對話」技術

8月16日凌晨1點多，「墨子號」在酒泉衛星發射基地成功升空。黃永梅是現場見證人之一，衛星順利升空的那一瞬間，她懸著許久的心終於落地。

「星地量子通信地面光學通信終端系統的研製和試驗」項目2013年立項，2015年下半年完成安裝調試。過去兩年半時間，中科院光電所投入20人團隊，在河北興隆、青海德令哈、雲南麗江、新疆南山，研製和改造了四台直徑一米以上的觀測望遠鏡，主要完成星地量子密鑰分發實驗、星地量子糾纏實驗、星地相干激光通信實驗等。作為量子衛星地面望遠鏡系統技術總指揮，也是團隊唯一一位女掌門，黃永梅已經記不得自己在這四個量子通信地面站往返了多少次。

17日，華西都市報記者和黃永梅進行了對話。

華西都市報：「墨子號」順利升空了，現在心情怎麼樣？

黃永梅：

發射成功後，當天就搭乘飛機回了成都。我們團隊以80後居多，過去幾年付出了很多努力。首先是，四個點位都是在海拔3000米以上，條件相對困難，對於身體的挑戰很大。其次，有些點位是新建的，團隊為了設備安裝調試加班加點，經常是工作到凌晨三四點，每天持續工作18個小時，非常辛苦。

華西都市報：目前有沒有捕捉到衛星的信號？

黃永梅：衛星升空之後，按照規劃，前三個月內，屬於在軌測試期，不一定做通訊或者其他的試驗任務，三個月以後做大量的常規工作。當然，如果條件允許，我們會儘快啟動實驗項目。目前尚沒有捕捉到星上的信號，預計三天之後，地面望遠鏡或將獲取到來自墨子號衛星的軌道信號，實現對衛星的首次跟蹤。

華西都市報：量子衛星實驗，實用的空間有多大？

黃永梅：量子很熱，實用化的可能非常大，特別是量子密鑰實驗。

在我們的四個地面通信站中，河北興隆和新疆的南山目前已經布局了光纖。從地域上講，興隆和南山不可能通過地面光纖實現量子保密通訊。但是通過衛星將興隆站和南山站建立起密鑰連接，可以實現兩地的保密通信。

解密

關鍵部件手工研磨精度是頭髮絲的三十分之一

外表通體白色，安靜地佇立在懸臂上，望著遠方，就像一隻充滿好奇的眼睛。這個就是光電研究所研發的地面望遠鏡。不同於一般的天文望遠鏡，這台直徑達1米以上、重達10多噸的「大傢伙」，其量子光保偏、通光效率以及跟蹤精度等均處於國際先進水平。

量子實驗很複雜，對實驗設備的要求也異乎尋常的高。在中科院光電所精密機械製造中心，項目工藝主管錢靜告訴記者，不包括螺釘螺母等標準件，一台望遠鏡的機械零部件大概有300多件。衛星升空後，地面設備必須對它進行「針尖對麥芒」跟蹤和對準，這對望遠鏡的很多關鍵部件要求很高，其中就包括關鍵部件——軸承環軸。

地面設備為了達到精準，主要是依靠望遠鏡軸線的迴轉精度和垂直方向偏擺精度。迴轉精度，靠軸承環的平面度等來完成。目前，光電所的技術，可以實現水平方向的軸承環，平面精度達到0.003毫米。垂直方向跟蹤的精度，通過同軸孔同軸度來保證的，精度可達到0.005毫米。

這個精度是什麼概念？錢靜解釋說，一根頭髮絲是0.07毫米，這個的精度是頭髮絲的二十分之一到三十分之一。特別值得一提的是，望遠鏡所需要的軸承環是通過研磨的方式加工的。其中，很大一部分是手工研磨。「軸承環研製，從最初的圖紙到加工最後完成，大概要半年多。」錢靜說。

責編：海聞

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