“天宮二號”空間實驗室與神舟飛船對接示意圖
7月10日，來自中國載人航天工程辦公室的消息稱，天宮二號空間實驗室已于昨日安全運抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場，即將開展發(fā)射場總裝和測試工作。
據(jù)國際在線援引中國載人航天工程辦公室消息，天宮二號空間實驗室按流程完成了出廠前所有研制工作，2016年7月7日從北京啟程，經(jīng)鐵路運輸，于9日安全運抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場。天宮二號空間實驗室裝載全球首臺空間冷原子鐘、全球首次空地量子密鑰分配試驗等14項空間應用載荷。
全球首臺空間冷原子鐘
據(jù)新華網(wǎng)3月報道，中國載人航天工程總設(shè)計師周建平此前介紹，天宮二號將搭載全球第一臺冷原子鐘升空，利用太空微重力條件，穩(wěn)定度將高達10的負16次方。
超高精度的原子鐘，是衛(wèi)星導航等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)。
衛(wèi)星導航的基本原理是，精確測量微波信號從衛(wèi)星到達目標所用的時間，可得衛(wèi)星和目標之間的準確距離。因此，測量時間的精度，直接影響定位準確度。
常溫下，原子都有大約每秒幾百米的熱運動，導致原子和電磁波作用時間短，影響原子鐘的精度。目前GPS和北斗上使用的原子鐘，精度僅到納秒（10的負9次方秒）級，故民用GPS的導航精度在十幾米左右。
美籍華人朱棣文，1997年以激光冷卻原子技術(shù)獲諾貝爾物理學獎；1998年6月5日，當選為中國科學院外籍院士 ；2008年12月，擔任美國能源部長。
上世紀九十年代，美籍華人朱棣文發(fā)明了激光冷卻原子的技術(shù)，可以用幾束激光把原子團冷卻到絕對零度附近，也就是讓原子幾乎一動不動。當把這種冷卻后的原子放進微波場的時候，原子與微波的作用時間大大加長，使得原子鐘的精度顯著提高。這就是達到皮秒（10的負12次方秒）量級的“冷原子鐘”。
但是，原子團在進入微波場后，由于重力作用，速度很快會變大，從而對冷原子鐘的精確度產(chǎn)生影響。因此，在太空無重力或微重力環(huán)境下的“空間冷原子鐘”，理論上應當更為精確，這也是天宮二號搭載“空間冷原子鐘”的意義所在。
“空間冷原子鐘”試驗若成功，或?qū)⑹埂氨倍穼Ш健钡木冗_到厘米級。
空地量子密鑰分發(fā)試驗
據(jù)《錢江晚報》今年6月報道，今年7月，我國將發(fā)射世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，并在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。
今年9月，量子通信的核心環(huán)節(jié)：密鑰（加密、解密的鑰匙）傳輸實驗，將搭乘天宮二號空間實驗室，上天展開實驗。這意味著，世界上首封絕對不會被截、被破、被復制的密信，將要誕生。
5月25日，在中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心內(nèi)的量子模擬實驗室，工作人員正在調(diào)試超冷原子光晶格平臺的激光伺服系統(tǒng)。該平臺可以人工操縱冷原子的量子狀態(tài)，從而模擬一些難以操縱的、復雜物理系統(tǒng)的機制。
傳統(tǒng)的通信加密和傳輸安全，都是依賴于復雜的算法，既建立在現(xiàn)有計算機計算能力不足的基礎(chǔ)上。然而，全球都在加緊研發(fā)的量子計算機，將能夠?qū)⒁酝嬎闵习賰|年的計算量，在大約1分鐘內(nèi)完成?？梢哉f，在量子計算機面前，任何基于算法的加密都是沒有意義的。
然而，量子通信技術(shù)，卻因光量子的物理特性，決定了這種傳輸方式的絕對安全。首先，單光子不可被分割、測量。如果在天上的光子射向地面的過程中被劫持，那么地面上就一定無法再接受到這粒光量子了，這會讓接收方及時警惕情報已被盜。
其次，量子態(tài)不可復制。處于量子態(tài)的粒子，一旦被復制，原來的粒子也就毀了。這保證了信息不可被竊聽。
因此，量子通信方式，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。
另據(jù)新華社解讀，在衛(wèi)星成功進行多項實驗后，天地一體化量子科學實驗系統(tǒng)將投入正式運行。量子衛(wèi)星首席科學家、中國科學技術(shù)大學教授潘建偉透露，“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)工程，預計今年下半年交付。
這一工程將構(gòu)建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡，建成大尺度量子通信技術(shù)驗證、應用研究和應用示范平臺。結(jié)合量子衛(wèi)星和京滬干線，將初步構(gòu)建我國天地一體化的廣域量子通信體系。
據(jù)了解，我國還將陸續(xù)發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，力爭在2030年前后率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡。
5月25日，在中國科學院上海微小衛(wèi)星工程中心，量子科學實驗衛(wèi)星總設(shè)計師朱振才（左）與副總工程師周依林在量子衛(wèi)星旁合影留念。
天宮二號空間實驗室是在天宮一號(微博)備份目標飛行器基礎(chǔ)上改進研制而成，采用實驗艙和資源艙兩艙構(gòu)型，為滿足推進劑補加驗證試驗需要，對推進分系統(tǒng)進行 了適應性改造；為滿足中期駐留需要，對載人宜居環(huán)境做了重大改善，具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力，設(shè)計在軌壽命2年。
天宮二號空間實驗室的主要任務是：接受載人飛船和貨運飛船訪問，考核驗證航天員中期駐留、推進劑補加等空間站工程相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，并開展航天醫(yī)學、空間科學實驗和空間應用技術(shù)試驗，以及在軌維修試驗和空間站技術(shù)驗證試驗。
目前，酒泉發(fā)射場設(shè)施設(shè)備狀態(tài)良好，各項準備工作正按計劃有序進行。發(fā)射天宮二號空間實驗室的長征二號FT2火箭，以及發(fā)射神舟十一號載人飛船的長征二號F遙十一火箭，將于8月上旬運往酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。神舟十一號載人飛船已完成出廠測試，執(zhí)行任務的航天員乘組已完成定選，正在進行任務強化訓練。
按計劃，天宮二號空間實驗室將于2016年9月中旬發(fā)射，之后開展在軌測試并建立自主運行模式，做好迎接神舟十一號載人飛船訪問的準備。
