天宮二號9月發射將進行全球首次空地量子密鑰傳輸試驗

科技 07-15

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7月9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。

據國際在線援引中國載人航天工程辦公室消息，天宮二號空間實驗室按流程完成了出廠前所有研製工作，2016年7月7日從北京啟程，經鐵路運輸，於9日安全運抵酒泉衛星發射中心載人航天發射場。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。

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。

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

據《錢江晚報》今年6月報道，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。

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。

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(微博)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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