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隨著世界首顆量子通訊衛(wèi)星“墨子號”順利升空。未來兩年，它將與5臺地面站望遠鏡共同完成量子科學(xué)實驗，構(gòu)建天地一體化量子保密通信與科學(xué)實驗體系�！暗孛嫱h鏡是構(gòu)建廣域量子通信系統(tǒng)的重要組成部分，也是量子激光通信系統(tǒng)的核心組成部分�！钡孛嫱h鏡系統(tǒng)技術(shù)總指揮黃永梅8月17日在接受記者采訪時表示，地面站的主要功能是發(fā)射信標光準確覆蓋量子衛(wèi)星，快速捕獲并高精度跟蹤星上信標，通過接收和發(fā)射信號光，建立并穩(wěn)定維持通信鏈路。
此次參與量子科學(xué)實驗的地面站望遠鏡中，有4臺是中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所（以下簡稱光電所）研制的，分布在我國新疆南山、青海德令哈、云南麗江和河北興隆，承擔(dān)著不同的科研任務(wù)。
南山與興隆地面站望遠鏡負責(zé)完成密鑰分發(fā)，南山與德令哈地面站望遠鏡負責(zé)完成量子雙向糾纏，麗江地面站望遠鏡作為備份站點與德令哈共同完成量子雙向糾纏，而南山和興隆地面站望遠鏡還將與“墨子號”完成星地相干激光通信。
據(jù)地面望遠鏡系統(tǒng)軟件分系統(tǒng)負責(zé)人賀東介紹，“墨子號”衛(wèi)星升空后不會馬上投入工作，將有幾天的軌道調(diào)整期。其間，地面站的主要工作是保證良好的技術(shù)狀態(tài)，等待“墨子號”狀態(tài)具備之后才能夠?qū)α孔有l(wèi)星進行相應(yīng)的量子科學(xué)實驗任務(wù)。
“普通衛(wèi)星只要順利升空就意味著至少成功了一半，但對于量子衛(wèi)星來說，發(fā)射升空僅僅只是開始，衛(wèi)星在太空中與地面幾個光學(xué)試驗站的互動才是此次量子衛(wèi)星實驗的重頭戲�！秉S永梅指出，建立星地對準是演好這個重頭戲的前提條件�！澳犹枴睘榉峭叫l(wèi)星，發(fā)射到500公里的軌道后以每秒7.9公里的速度劃過天際，經(jīng)過每個光學(xué)地面站的時間約5分鐘，每月經(jīng)過地面站的次數(shù)不會超過20次，必須以“針尖對麥芒”的精度，實現(xiàn)星地間精準無縫對接。
望遠鏡要在短的時間內(nèi)完成對量子衛(wèi)星的快速捕獲，捕獲之后要實現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的跟蹤，在衛(wèi)星過境的幾百秒的時間內(nèi)，把整個量子密鑰完成接收。因此，量子科學(xué)實驗對地面站設(shè)備精度要求非常高。
地面站會根據(jù)事先得到的過境軌跡，高精度指向衛(wèi)星，發(fā)射一束直徑不到5毫米的信標光，覆蓋2000公里外的“墨子號”，完成對衛(wèi)星的捕獲。再通過發(fā)射上行信標激光照射衛(wèi)星，高精度跟蹤衛(wèi)星光軸，實現(xiàn)對衛(wèi)星的光軸對準。同時保持高精度的星地光軸動態(tài)對準，接收下行信號光數(shù)據(jù)進行量子通信和實驗。
在實驗中，衛(wèi)星上發(fā)下來的光子會經(jīng)過望遠鏡主鏡傳送到副鏡。鏡面接收到的光子被傳送到量子態(tài)光學(xué)分析終端，進行量子態(tài)分析，之后通過光纖傳輸至信號處理系統(tǒng)，進行科學(xué)數(shù)據(jù)處理。
目前，光電所研制的地面望遠鏡對準精度已達到1角秒，跟蹤精度達0.2角秒。賀東對1角秒作了一個形象描述，就是將手表表盤刻度分為360度，再將其中1度分為3600份。據(jù)了解，望遠鏡突破了高動態(tài)范圍高精度望遠鏡機架跟蹤、寬光譜入射光高效率傳輸、量子糾纏和密鑰光的高保偏接收等多項關(guān)鍵技術(shù)，成為國際上首臺集量子通信、大視場天文觀測、相干激光通信功能為一體的大口徑望遠鏡系統(tǒng)。
黃永梅表示，根據(jù)“墨子號”的技術(shù)狀態(tài)，可能會在1周后開展星地對接測試實驗，實驗完成后將開展星地量子密鑰分發(fā)實驗、星地量子糾纏實驗、星地相干激光通信實驗等。未來，望遠鏡具有的寬光譜、高光學(xué)效率、高光學(xué)精度等性能，使其也可作為天文望遠鏡完成大視場巡天任務(wù)。
