圖為量子衛星與阿里站建立鏈路。
“到今天為止,‘墨子號’的在軌測試都在按計劃進行,衛星平臺和有效載荷的測試已完成,天地鏈路測試正在進行中,在前期雙向跟瞄和各種參數調整基礎上,天地一體化實驗室已具備雛形。”量子衛星工程科學應用系統總師、衛星系統副總師彭承志在12日舉行的量子科學實驗衛星成果新聞發布會上表示。
記者從發布會上獲悉,全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”自今年8月16日升空后,正在進行為期約3個月的在軌測試。目前狀態良好,通過最后的性能測量和優化,預計11月中旬完成全部在軌測試工作,隨后衛星將交付使用,正式開始科學實驗。
首次完成雙站跟瞄測試 實現“雙槍”對“麥芒”
據介紹,“墨子號”在軌測試期間,完成了與興隆站、德令哈站、南山站單站跟瞄測試,建立了天地鏈路;完成南山與德令哈雙站跟瞄測試,建立了雙邊糾纏光鏈路;完成與阿里站的跟瞄測試,建立了隱形傳態光鏈路。
“三種不同鏈路的打通,為量子衛星的三大科學任務打下了基礎。目前我們正在進行參數調整和優化,接下來的測試中將尋找最佳工作點和積累有效數據。”量子衛星工程首席科學家潘建偉院士說。
“單站跟瞄測試,相當于在萬米的高空,把一枚硬幣精準地投入地面上一個旋轉的儲蓄罐中,相當于針尖對麥芒,難度非常大。”量子衛星工程常務副總師兼衛星系統總指揮王建宇表示。更令他感到自豪的是9月1日完成的雙站跟瞄測試,這也是國際上首次實現在一顆衛星上,用雙光子同時對準兩個地面站進行跟瞄測試。
潘建偉補充解釋道,雙站跟瞄測試成功相當于衛星在500公里高度的軌道上,同時往地面上相距1000多公里的兩個觀測站開槍,而且兩邊都能打準。“衛星上發下來的光子每秒2000萬對,要保證地面接收到的信號時序不出錯,對精度要求非常高。”
衛星目前狀態良好 部分指標參數優于設計
測試顯示,衛星平臺方面,電池組狀態正常,太陽能帆板供電正常;遙控成功率100%;衛星姿控系統運行正常,性能穩定。有效載荷方面,各單機開機檢查,狀態均正常;載荷內部光軸匹配精度滿足任務要求;完成載荷單光子探測專項測試,指標符合預期;完成對所有地面站的跟瞄,穩定性良好,跟蹤精度滿足要求;糾纏源工作正常,光源亮度等指標滿足任務要求。
量子通信的光非常微弱,容易受到太陽光的干擾,因此“墨子號”設計為夜晚工作。衛星在天上的能源靠太陽提供,晚上只能靠電池供電。一旦電池耗盡,衛星就變成不能接收指令的“鐵疙瘩”,能源平衡是“墨子號”設計的第一需求。“最初的設計是每天晚上做一次實驗,最多不超過兩次,‘墨子號’上天后,能源系統狀態很好,經過科研和工程團隊協商和論證,現在每天可以做3次實驗,還有更多的潛力。”彭承志表示。
“測試過程中,衛星的性能指標遠遠超出設計的底線指標,但離預想的最優指標還稍有差距,經過進一步測試優化,有望達到預想的最優值。”潘建偉評價道。他解釋道,關鍵指標是指最后的合成參數,比如每秒天地間能傳送多少數據,單位時間傳送越多的有效數據越好。“以量子密鑰分發為例,設計底線是每秒傳送1k的數據量,目前能達到4—5k,經過進一步優化,有望達到10k。”
目前,量子衛星只能在晚上工作,在大霧、多云等惡劣天氣情況下,工作也受影響。潘建偉表示,未來希望能在白天黑夜“全天時”、任何氣候條件“全天候”的情況下,都能進行有效的星地量子通信研究,目前正在就此開展相關的地面試驗。
