作者:倪思洁 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/9/21 17:16:20
选择字号:
“墨子号”卫星工程总师徐博明回忆
世界第一颗量子卫星诞生前的那些事

 

曾经有十多年,徐博明每天思考和接触的都是遥感气象卫星。曾经作为我国风云二号系列卫星的总指挥,徐博明带着团队把一颗颗气象应用卫星送上了天。

如今,徐博明办公室的书架上,一个个气象卫星模型,一摞摞卫星技术、气象研究相关的书籍,蕴藏着当初的荣光。卫星模型的旁边,几本量子物理的书显得有些另类——《上帝掷骰子吗?》《光论》……

2010年底,年过六旬的徐博明接到了一份来自中国科学院的特殊邀请,之后,他成了世界第一颗空间量子科学实验卫星“墨子号”的工程总师。

“墨子号”量子科学实验卫星(中科院国家空间科学中心供图)

从零开始学习量子力学

2011年1月,中国科学院空间科学先导专项一期启动实施。量子科学实验卫星“墨子号”项目位列其中。

就在项目启动前,2010年底,时任中国科学院副院长的阴和俊找到了徐博明,邀请他出任量子科学实验卫星的工程总师。

对于量子科学实验卫星提出的科研目标,徐博明感到好奇。“我是搞遥感卫星的,对对地观测卫星比较熟悉,对量子不太懂。”徐博明回忆。

从未做过科学卫星的徐博明知道,他要做的第一件事是理解科学。于是,徐博明向中科院提出了一个要求:帮他弄懂量子通讯到底在做什么。

徐博明在“墨子号”在轨交付仪式上讲话(中科院国家空间科学中心供图)

量子力学的晦涩难懂几乎是公认的。连量子论的奠基人之一玻尔都曾说:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就没有理解量子论。”

不过,徐博明还是从零开始,学起了量子力学。“科学卫星的工程总师是要做事的,不理解科学不行,所以后来,中科院专门给我介绍了一次,中国科学技术大学的团队又给我讲解了一次,他们还给我开出了推荐书目,慢慢地我就基本上弄懂了。”徐博明说。

新技术带来新难处

“和应用卫星不同,科学实验卫星采用的是有难度的先进技术而不是成熟技术,并且只有一次机会。”徐博明说。

以往,量子纠缠态实验都是科学家在地面上做的,精度容易控制,而现在,这些仪器不仅要被搬到天上去,而且不容许光路、光子偏振度等有丝毫偏差。这意味着卫星研制人员对卫星的抖动问题、外太空的高低温问题等必须有十足的应对把握。

“卫星和地面要建立链路,无异于‘针尖对麦芒’,对卫星对准技术、时间同步技术提出了极高的要求。”徐博明说。

量子科学实验卫星星地链路建立(中科院国家空间科学中心供图)

量子保密通讯需要通过一颗颗带有偏振信息的光子完成,而“墨子号”必须在运动中把一颗颗光子从500公里的外太空精准地打到一个口径只有2米的地面光学望远镜上。

不仅如此,这一过程中,光子携带的偏振信息还不能衰减。“激光通讯是通过强、弱、强、弱来传递信息,而量子通讯是采用光子的四个态来实现通讯,信号传递过程中,怎么保持偏振态,就成为重大的关键技术难题。”徐博明说。

为了保证卫星一举成功,徐博明带领着工程团队不断筛选识别关键技术,反复开展环境模拟试验,在技术指标上留出充足余量,让所有关键技术的指标都远高于应用所需的指标。

全新的技术手段,反复的地面试验,超高的技术标准,这些都让“墨子号”工程技术团队面临着巨大的压力。

“理解他们,支持他们”

回想起“墨子号”卫星诞生的全过程,徐博明总结出了一条经验:“理解他们,支持他们。”徐博明口中的“他们”,正是“墨子号”的工程技术和科学团队。

2014年,是徐博明和工程团队经历了压力最大的一年。这一年,“墨子号”进入初样阶段,可是在振动试验中卫星出现了光路偏差,热真空试验中又出现了光路衰减。

“‘墨子号’在太空中将经历的不确定因素太多了,经不起风吹草动,如果降低标准,科学目标实现的可能性就很小了,所以即便是拖进度,技术标准也不能降。”徐博明说。

量子科学实验卫星磁实验(中科院国家空间科学中心供图)

2015年,“墨子号”进入正样阶段,工程技术团队又发现,单光子探测器受宇宙中高能粒子“攻击”后出现了衰减,如果不作改进,“墨子号”将只能正常运行三个月。于是,实验团队决定,将卫星运行轨道从原先的600公里降低至500公里,同时增强器件防护技术。随着运行轨道的改变,运载火箭也进行了相应调整。

“这就是科学实验卫星的特点,在研制过程中会不断发现新问题,不断调整,根本原则是‘科学先导’。”徐博明说。

量子科学实验卫星正样星(中科院国家空间科学中心供图)

2016年,“墨子号”终于到了出厂的时候,可是,工程技术团队又发现,由于装配问题,信标光出现了大幅度衰减,于是,原本计划在6月发射的“墨子号”又向后延了一个月。

“‘墨子号’的研制过程,就像《西游记》里写的一样,取到真经之前还得在通天河里泡一泡。”徐博明笑着说。

无论多么坎坷,徐博明的信念就是“绝不带着问题出厂”。“‘墨子号’采用的全部是新技术,第一次做一定会碰到各种问题,我所做的工作就是看清楚、想明白、理解他们、支持他们,仅此而已。”徐博明说。

目前,“墨子号”已经在轨运行两年,超过了设计使用寿命,而科学团队依然在继续进行后续在轨拓展任务,勇攀空间量子信息科技高峰。(完)

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

2018/9/21 20:30:25 可变系时空多线矢主人
"量子纠缠"是各类大量光子形成的"波函数"必然存在相互联系\彼此影响的现象;不是个别光子所能形成的.
从卫星向地球发射光子,特别是,大量光子形成的"波函数",还因为地球引力的作用而可有频率改变和方向偏折的问题,都须作相应的调试,这是造成有关困难的关键!

量子科学实验卫星的成功确实不容易,而根本的关键的原因,
在于:各类光子的"波函数"因地球引力的作用而有频率改变和方向偏折的问题!
目前已有1条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
首枚虾类琥珀在“石探记博物科学馆”展出 甜蜜基因的进化“殊途同归”
科学家破解陆生植物起源密码 科学家首次实现活细胞RNA标记
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐