仰望星空，幸运的话您会看到一颗散发着绿色光芒、在夜空中最亮的星——它就是我国自主研发的世界首颗量子卫星“墨子号”。当前，我国天地一体化实验室已初具雏形。
昨天，中国科学院公布了“墨子号”飞天两个月来取得的阶段性成果。目前，“墨子号”在轨测试一切良好，预计将于下月中旬完成全部在轨测试工作，之后卫星交付，开始科学实验。
全球首创
一颗卫星对准两个地面站
据量子卫星工程首席科学家、中科院院士潘建伟介绍，量子科学实验卫星任务计划分为在轨发射、在轨测试和开展实验三个阶段，目前正处于在轨测试的第二阶段，包括对卫星平台、有效载荷和星地链路的测试。截至目前，“墨子号”已完成了与兴隆站、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。这三种不同链路的打通，为量子卫星与地面站之间量子密钥分发、星地量子纠缠分发、量子隐形传态这三大科学任务打下了基础。
其中备受关注的量子密钥分发，即卫星将量子密钥分发到两个站点，通过比对最终建立绝对安全的量子密钥，而拥有相同量子密钥的两个站可以把使用量子密钥加密的信息通过互联网、无线电话等经典通信方式传递而不用担心信息的泄露。
“只做一个量子密钥分发就已经很难了。在一颗质量不过640千克的小卫星上，把三个实验都设计进去，是非常难的。”量子卫星工程常务副总师兼卫星系统总指挥王建宇说，比如双站跟瞄测试，就是国际上第一次实现在一颗卫星上，用双光子对准两个地面站。这相当于卫星在500公里的轨道上，同时往相距约1200公里的两个地面站“开枪”，而且两边都能打准。同时，卫星上发下来的光子每秒2000万对，要保证光序不错，精度要求非常高。
王建宇称，三种不同链路都成功打通，是采用了很多最新技术的结果。过去做航天项目,都是地面技术成熟了再用到天上。现在科学卫星则不同，新技术研究成功了就要用上，这样才能保证科学实验的先进性。
搭建平台
卫星成功上天只是第一步
“事实上，对我们来说，量子卫星成功上天只是第一步。”量子卫星工程科学应用系统总师、卫星系统副总师彭承志表示，这就相当于刚把“建筑材料”准备就绪，若要取得科学成果，还需要依托一个由卫星和多个地面站组成的天地一体化实验室。只有天地一体化实验室真正建好后，才能按照科学家的要求来完成量子密钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态等一系列星地之间的科学研究工作。“我们设计的为期三个月的在轨测试，目的就是要搭建这个天地一体化实验室，从而达到开展实验的要求。”
记者了解到，天地一体化实验室的搭建主要由科学应用系统、卫星系统、测控系统和地面支撑系统共同来完成一系列科学研究工作。其中，在科学应用系统方面，首先需要地面站的支持，国家天文台的兴隆观测站、阿里观测站，新疆天文台的南山观测站，紫金山天文台的德令哈观测站，以及云南天文台的丽江高美古观测站都在名单之列。
卫星发射后，这些台站对接的测试就开始了。其中第一次跟瞄测试是整个实验最重要、关键性的部分，只要天地链路建立起来，就意味着量子信号可以沿着信标光导引的路径传递下来。当前，天地一体化实验室的搭建工作正在按原有计划按部就班地展开，目前已完成了卫星平台的测试、有效载荷测试，正在开展天地一体化链路跟瞄的测试。
“可以说，我们的天地一体化实验室已经具备雏形。未来我们还将对这个实验室进行性能测量和优化，并在一个月之后接受首席科学家的评审。”彭承志说。
宏大设想
多颗量子卫星组成星座
“如果天气良好，量子卫星经过时，会成为夜空中最亮的星。”彭承志这样描述了“墨子号”在兴隆观测站第一次成功完成星地跟瞄测试时的场景：当时，在璀璨的银河系，一颗闪耀着绿光的量子卫星划过天际，非常壮观。其实早在规划天地跟瞄时，科研人员们就曾对此进行过精密的计算，结果显示，当量子卫星划过天际时，它将成为夜空中最亮的一颗星。事实也验证了科学家们的预言。
据介绍，星等值越小，星星就越亮；星等的数值越大，它的光就越暗。彭承志介绍，天空中最亮的恒星是天狼星，星等值为-1.45；最亮的行星是金星，星等值在-4到-5之间，而量子卫星“墨子号”的星等值则是-10。这意味着，这颗卫星发出绿色的光芒，肉眼所见亮度仅次于月亮，比天空中所有的恒星都更明亮。
最亮的“墨子号”，最忙的时候也是在晚上。
由于量子信号非常微弱，容易受到太阳光干扰。因此，“墨子号”在设计之初便计划在晚上工作。然而，晚上工作也有一定的弊端，卫星在天上的能源都是靠太阳来提供，可晚上工作自然就少了动力源，必须依靠卫星的电池来供电。
“卫星的电池就如同它的生命线，一旦电池耗尽，卫星在天上就再也无法接收指令，成了一个没用的铁疙瘩。”彭承志介绍，为了保证卫星的安全，最初的设计要求规定：量子卫星每晚就做1次实验，最多不能超过2次。卫星上天后，科学家们欣喜地发现，卫星的能源系统工作非常好，竟然每天可以至少进行3次实验，并留有可供进一步发掘的潜力。
“预计测试为期3个月，目前已经进行了2个月，其中卫星平台测试和有效载荷测试已经顺利完成，正在进行天地链路的测试。”潘建伟说，“‘墨子号’积累的有效数据回来后，会为我们后续工作提供基础。未来我们希望量子卫星能够全天候全天时工作，并形成多颗量子卫星组成的星座。”
新闻背景
今年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。量子卫星的主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升。