如何讓「針尖」對上「麥芒」：世界第一顆量子衛星誕生前的那些事

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「墨子號」衛星工程總師徐博明回憶——世界第一顆量子衛星誕生前的那些事

「墨子號」量子科學實驗衛星

曾經有十多年，徐博明每天思考和接觸的都是遙感氣象衛星。

曾經作為我國風雲二號系列衛星的總指揮，徐博明帶著團隊把一顆顆氣象應用衛星送上了天。

如今，徐博明辦公室的書架上，一個個氣象衛星模型，一摞摞衛星技術、氣象研究相關的書籍，蘊藏著當初的榮光。衛星模型的旁邊，幾本量子物理的書顯得有些另類——《上帝擲骰子嗎？》《光論》……

2010年底，年過六旬的徐博明接到了一份來自中國科學院的特殊邀請，之後，他成了世界第一顆空間量子科學實驗衛星「墨子號」的工程總師。

從零開始學習量子力學

2011年1月，中國科學院空間科學先導專項一期啟動實施。

量子科學實驗衛星「墨子號」項目位列其中。

就在項目啟動前，2010年底，時任中國科學院副院長的陰和俊找到了徐博明，邀請他出任量子科學實驗衛星的工程總師。

對於量子科學實驗衛星提出的科研目標，徐博明感到好奇。

「我是搞遙感衛星的，對對地觀測衛星比較熟悉，對量子不太懂。」徐博明回憶。

從未做過科學衛星的徐博明知道，他要做的第一件事是理解科學。於是，徐博明向中科院提出了一個要求：幫他弄懂量子通訊到底在做什麼。

徐博明在「墨子號」在軌交付儀式上講話

量子力學的晦澀難懂幾乎是公認的。

連量子論的奠基人之一玻爾都曾說：「如果誰不為量子論而感到困惑，那他就沒有理解量子論。」

不過，徐博明還是從零開始，學起了量子力學。「科學衛星的工程總師是要做事的，不理解科學不行，所以後來，中科院專門給我介紹了一次，中國科學技術大學的團隊又給我講解了一次，他們還給我開出了推薦書目，慢慢地我就基本上弄懂了。」徐博明說。

新技術帶來新難處

「和應用衛星不同，科學實驗衛星採用的是有難度的先進技術而不是成熟技術，並且只有一次機會。」徐博明說。

以往，量子糾纏態實驗都是科學家在地面上做的，精度容易控制，而現在，這些儀器不僅要被搬到天上去，而且不容許光路、光子偏振度等有絲毫偏差。

這意味著衛星研製人員對衛星的抖動問題、外太空的高低溫問題等必須有十足的應對把握。

「衛星和地面要建立鏈路，無異於『針尖對麥芒』，對衛星對準技術、時間同步技術提出了極高的要求。」徐博明說。

量子科學實驗衛星星地鏈路建立

量子保密通訊需要通過一顆顆帶有偏振信息的光子完成，而「墨子號」必須在運動中把一顆顆光子從500公里的外太空精準地打到一個口徑只有2米的地面光學望遠鏡上。

不僅如此，這一過程中，光子攜帶的偏振信息還不能衰減。「激光通訊是通過強、弱、強、弱來傳遞信息，而量子通訊是採用光子的四個態來實現通訊，信號傳遞過程中，怎麼保持偏振態，就成為重大的關鍵技術難題。」徐博明說。

為了保證衛星一舉成功，徐博明帶領著工程團隊不斷篩選識別關鍵技術，反覆開展環境模擬試驗，在技術指標上留出充足餘量，讓所有關鍵技術的指標都遠高於應用所需的指標。

全新的技術手段，反覆的地面試驗，超高的技術標準，這些都讓「墨子號」工程技術團隊面臨著巨大的壓力。

「理解他們，支持他們」

回想起「墨子號」衛星誕生的全過程，徐博明總結出了一條經驗：「理解他們，支持他們。」徐博明口中的「他們」，正是「墨子號」的工程技術和科學團隊。

2014年，是徐博明和工程團隊經歷了壓力最大的一年。

這一年，「墨子號」進入初樣階段，可是在振動試驗中衛星出現了光路偏差，熱真空試驗中又出現了光路衰減。

「『墨子號』在太空中將經歷的不確定因素太多了，經不起風吹草動，如果降低標準，科學目標實現的可能性就很小了，所以即便是拖進度，技術標準也不能降。」徐博明說。

量子科學實驗衛星磁實驗

2015年，「墨子號」進入正樣階段，工程技術團隊又發現，單光子探測器受宇宙中高能粒子「攻擊」後出現了衰減，如果不作改進，「墨子號」將只能正常運行三個月。於是，實驗團隊決定，將衛星運行軌道從原先的600公里降低至500公里，同時增強器件防護技術。隨著運行軌道的改變，運載火箭也進行了相應調整。

「這就是科學實驗衛星的特點，在研製過程中會不斷發現新問題，不斷調整，根本原則是『科學先導』。」徐博明說。

量子科學實驗衛星正樣星

2016年，「墨子號」終於到了出廠的時候，可是，工程技術團隊又發現，由於裝配問題，信標光出現了大幅度衰減，於是，原本計劃在6月發射的「墨子號」又向後延了一個月。

「『墨子號』的研製過程，就像《西遊記》里寫的一樣，取到真經之前還得在通天河裡泡一泡。」徐博明笑著說。

無論多麼坎坷，徐博明的信念就是「絕不帶著問題出廠」。「『墨子號』採用的全部是新技術，第一次做一定會碰到各種問題，我所做的工作就是看清楚、想明白、理解他們、支持他們，僅此而已。」徐博明說。

目前，「墨子號」已經在軌運行兩年，超過了設計使用壽命，而科學團隊依然在繼續進行後續在軌拓展任務，勇攀空間量子信息科技高峰。

來源：科學網

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