图为量子卫星与阿里站建立链路。
“到今天为止,‘墨子号’的在轨测试都在按计划进行,卫星平台和有效载荷的测试已完成,天地链路测试正在进行中,在前期双向跟瞄和各种参数调整基础上,天地一体化实验室已具备雏形。”量子卫星工程科学应用系统总师、卫星系统副总师彭承志在12日举行的量子科学实验卫星成果新闻发布会上表示。
记者从发布会上获悉,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”自今年8月16日升空后,正在进行为期约3个月的在轨测试。目前状态良好,通过最后的性能测量和优化,预计11月中旬完成全部在轨测试工作,随后卫星将交付使用,正式开始科学实验。
首次完成双站跟瞄测试 实现“双枪”对“麦芒”
据介绍,“墨子号”在轨测试期间,完成了与兴隆站、德令哈站、南山站单站跟瞄测试,建立了天地链路;完成南山与德令哈双站跟瞄测试,建立了双边纠缠光链路;完成与阿里站的跟瞄测试,建立了隐形传态光链路。
“三种不同链路的打通,为量子卫星的三大科学任务打下了基础。目前我们正在进行参数调整和优化,接下来的测试中将寻找最佳工作点和积累有效数据。”量子卫星工程首席科学家潘建伟院士说。
“单站跟瞄测试,相当于在万米的高空,把一枚硬币精准地投入地面上一个旋转的储蓄罐中,相当于针尖对麦芒,难度非常大。”量子卫星工程常务副总师兼卫星系统总指挥王建宇表示。更令他感到自豪的是9月1日完成的双站跟瞄测试,这也是国际上首次实现在一颗卫星上,用双光子同时对准两个地面站进行跟瞄测试。
潘建伟补充解释道,双站跟瞄测试成功相当于卫星在500公里高度的轨道上,同时往地面上相距1000多公里的两个观测站开枪,而且两边都能打准。“卫星上发下来的光子每秒2000万对,要保证地面接收到的信号时序不出错,对精度要求非常高。”
卫星目前状态良好 部分指标参数优于设计
测试显示,卫星平台方面,电池组状态正常,太阳能帆板供电正常;遥控成功率100%;卫星姿控系统运行正常,性能稳定。有效载荷方面,各单机开机检查,状态均正常;载荷内部光轴匹配精度满足任务要求;完成载荷单光子探测专项测试,指标符合预期;完成对所有地面站的跟瞄,稳定性良好,跟踪精度满足要求;纠缠源工作正常,光源亮度等指标满足任务要求。
量子通信的光非常微弱,容易受到太阳光的干扰,因此“墨子号”设计为夜晚工作。卫星在天上的能源靠太阳提供,晚上只能靠电池供电。一旦电池耗尽,卫星就变成不能接收指令的“铁疙瘩”,能源平衡是“墨子号”设计的第一需求。“最初的设计是每天晚上做一次实验,最多不超过两次,‘墨子号’上天后,能源系统状态很好,经过科研和工程团队协商和论证,现在每天可以做3次实验,还有更多的潜力。”彭承志表示。
“测试过程中,卫星的性能指标远远超出设计的底线指标,但离预想的最优指标还稍有差距,经过进一步测试优化,有望达到预想的最优值。”潘建伟评价道。他解释道,关键指标是指最后的合成参数,比如每秒天地间能传送多少数据,单位时间传送越多的有效数据越好。“以量子密钥分发为例,设计底线是每秒传送1k的数据量,目前能达到4—5k,经过进一步优化,有望达到10k。”
目前,量子卫星只能在晚上工作,在大雾、多云等恶劣天气情况下,工作也受影响。潘建伟表示,未来希望能在白天黑夜“全天时”、任何气候条件“全天候”的情况下,都能进行有效的星地量子通信研究,目前正在就此开展相关的地面试验。
