天宮二號抵達酒泉發射中心搭載原子鐘及量子通信實驗室

科技 07-12

OFweek激光網訊：7月10日，來自中國載人航天工程辦公室的消息稱，天宮二號空間實驗室已於昨日安全運抵酒泉衛星發射中心載人航天發射場，即將開展發射場總裝和測試工作。

天宮二號空間實驗室裝載全球首台空間冷原子鐘、全球首次空地量子密鑰分配試驗等14項空間應用載荷。

「天宮二號」空間站示意圖

全球首台空間冷原子鐘

據新華網3月報道，中國載人航天工程總設計師周建平此前介紹，天宮二號將搭載全球第一台冷原子鐘升空，利用太空微重力條件，穩定度將高達10的負16次方。

超高精度的原子鐘，是衛星導航等領域的關鍵核心技術。

衛星導航的基本原理是，精確測量微波信號從衛星到達目標所用的時間，可得衛星和目標之間的準確距離。因此，測量時間的精度，直接影響定位準確度。

常溫下，原子都有大約每秒幾百米的熱運動，導致原子和電磁波作用時間短，影響原子鐘的精度。目前GPS和北鬥上使用的原子鐘，精度僅到納秒（10的負9次方秒）級，故民用GPS的導航精度在十幾米左右。

天宮二號抵達酒泉發射中心搭載原子鐘及量子通信實驗室

美籍華人朱棣文，1997年以激光冷卻原子技術獲諾貝爾物理學獎；1998年6月5日，當選為中國科學院外籍院士；

2008年12月，擔任美國能源部長。

上世紀九十年代，美籍華人朱棣文發明了激光冷卻原子的技術，可以用幾束激光把原子團冷卻到絕對零度附近，也就是讓原子幾乎一動不動。當把這種冷卻後的原子放進微波場的時候，原子與微波的作用時間大大加長，使得原子鐘的精度顯著提高。這就是達到皮秒（10的負12次方秒）量級的「冷原子鐘」。

但是，原子團在進入微波場後，由於重力作用，速度很快會變大，從而對冷原子鐘的精確度產生影響。因此，在太空無重力或微重力環境下的「空間冷原子鐘」，理論上應當更為精確，這也是天宮二號搭載「空間冷原子鐘」的意義所在。

「空間冷原子鐘」試驗若成功，或將使「北斗導航」的精度達到厘米級。

空地量子密鑰分發試驗

今年9月，量子通信的核心環節：密鑰（加密、解密的鑰匙）傳輸實驗，將搭乘天宮二號空間實驗室，上天展開實驗。這意味著，世界上首封絕對不會被截、被破、被複制的密信，將要誕生。

5月25日，在中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心內的量子模擬實驗室，

工作人員正在調試超冷原子光晶格平台的激光伺服系統。

傳統的通信加密和傳輸安全，都是依賴於複雜的演算法，既建立在現有計算機計算能力不足的基礎上。然而，全球都在加緊研發的量子計算機，將能夠將以往計算上百億年的計算量，在大約1分鐘內完成。可以說，在量子計算機面前，任何基於演算法的加密都是沒有意義的。

然而，量子通信技術，卻因光量子的物理特性，決定了這種傳輸方式的絕對安全。首先，單光子不可被分割、測量。如果在天上的光子射向地面的過程中被劫持，那麼地面上就一定無法再接受到這粒光量子了，這會讓接收方及時警惕情報已被盜。

其次，量子態不可複製。處於量子態的粒子，一旦被複制，原來的粒子也就毀了。這保證了信息不可被竊聽。

因此，量子通信方式，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。

另據新華社解讀，在衛星成功進行多項實驗後，天地一體化量子科學實驗系統將投入正式運行。量子衛星首席科學家、中國科學技術大學教授潘建偉透露，「京滬幹線」大尺度光纖量子通信骨幹網工程，預計今年下半年交付。

這一工程將構建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網路，建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示範平台。結合量子衛星和京滬幹線，將初步構建我國天地一體化的廣域量子通信體系。

據了解，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。

天宮二號空間實驗室是在天宮一號備份目標飛行器基礎上改進研製而成，採用實驗艙和資源艙兩艙構型，為滿足推進劑補加驗證試驗需要，對推進分系統進行了適應性改造；為滿足中期駐留需要，對載人宜居環境做了重大改善，具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力，設計在軌壽命2年。

天宮二號空間實驗室的主要任務是：接受載人飛船和貨運飛船訪問，考核驗證航天員中期駐留、推進劑補加等空間站工程相關關鍵技術，並開展航天醫學、空間科學實驗和空間應用技術試驗，以及在軌維修試驗和空間站技術驗證試驗。

目前，酒泉發射場設施設備狀態良好，各項準備工作正按計劃有序進行。發射天宮二號空間實驗室的長征二號FT2火箭，以及發射神舟十一號載人飛船的長征二號F遙十一火箭，將於8月上旬運往酒泉衛星發射中心。神舟十一號載人飛船已完成出廠測試，執行任務的航天員乘組已完成定選，正在進行任務強化訓練。

按計劃，天宮二號空間實驗室將於2016年9月中旬發射，之後開展在軌測試並建立自主運行模式，做好迎接神舟十一號載人飛船訪問的準備。

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