揭秘中国量子卫星 中国通讯将无法被破解

发布时间:2016-7-15 14:38    发布者:eechina
关键词: 量子卫星 , 量子通信
还记得棱镜门吗?电子通信时代,人们的安全感就像窗户纸一样脆弱。随着计算能力的提升和数学的进步,基于计算复杂度的经典加密体系终将崩塌。公钥加密算法RSA512在1999年就被破解了,科学家估计目前主流的RSA1024将在2019年被攻克,尽管科学家们试图寻找更加复杂的算法,但“抗解密”效果都不理想。在现代科学认知中,几乎任何已知事物都是可测的,但量子是个例外。在多粒子量子系统中,存在一种奇特的关联,即一对具有量子纠缠态的粒子,即使隔着一个太阳系,当其中一个状态改变时,另一个状态也会即刻发生相应改变。量子通信以其绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、可远距离传输信息和高效等特点,得到全球科技界、产业界普遍重视,许多国家争相将量子通信研究作为战略项目。

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  量子科学实验卫星首席科学家、中科院院士潘建伟介绍,传统的通信加密和传输安全都是依赖于复杂的算法,但是只要对方的计算能力足够强大,再复杂的保密算法都能够被破解,所以都不能够做到绝对安全。量子通信能做到绝对安全,是由量子自身的特性所决定的。作为光的最小颗粒,单个的光量子在传输信息的时候具有测量不准、不可克隆等性质,这些特性构成了量子通信安全的基石。 量子的保密通讯的这种手段,原理上都是无条件安全的,哪怕计算能力再强,也是破解不了的,所以从这个角度上讲,它就是一种革命性的东西。

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  据中新网报道,记者1日从中国科学院获悉,全球首颗“量子科学实验卫星”拟于8月中旬在酒泉卫星发射中心择机发射。

  如果该卫星成功运行,中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,并结合地面已有的光纤量子通信网络,初步构建一个广域量子通信体系。根据工程总指挥批准的星箭进场工作安排,量子科学实验卫星及配套长征二号丁型遥三十二运载火箭,拟在7月上旬运抵酒泉卫星发射中心,计划于8月中旬择机发射。

  这颗卫星质量约640千克,将由火箭发射至高度为500千米的预定轨道。该卫星包括4个有效载荷:量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验控制与处理机。可与地面上相距千公里量级的两处光学站同时建立量子光链路。

  量子密钥分发其实比较简单,就是相当于我在卫星上,你在地面,我就给你发一连串的单光子下来,发到你手中,你能把信号给解码出来,这任务就完成了。4个光学地面站就可以来接收卫星下来的信号,那我们就可以进行量子通讯,那么在卫星的帮助之下,这4个地面站任何两两之间的地面站都可以实现一个安全的通讯,我们就可以组网了。

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  光量子电话网和平常打电话一样,却不用担心被窃听。因为量子通信“一次一密”:两人通话期间,密码机每分每秒都在产生密码,一旦通话结束,这串密码就会立即失效,下一次通话绝对不会重复使用。

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  按照我国量子通信研发、推广预定计划,北京、上海以及最边远的新疆乌鲁木齐等城市也在陆续抓紧城域量子通信网的建设。这几处城域网的建成,以及同合肥、济南城域网的呼应与配合,将初步形成面向全国架构的局面。再经几年过渡,越来越多的城市都将会利用量子卫星等方式加强信息连接,与此同时,由中国科学家自主研发的“量子科学实验卫星(简称量子卫星)”现已完成关键部件的研制与交付,将使中国先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。美国人感慨量子这个技术中国走在我们前面了,量子科学实验卫星这一装备我们都还没有。

  在首颗量子科学实验卫星发射成功后将发射多颗卫星,力争到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发,建成联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网。到2030年左右,我国将建成全球化的广域量子通信卫星网络。

  中国无人机靠一技术可持续跟踪日本准航母

  中国无人机最近几年取得了相当喜人的成绩,不仅仅出口全世界,而且在中国周边开始相当高频率的出动,尤其是中国的BZK-005型无人侦察机曾经对日本“伊势”号准航母进行长达72小时的追踪,这仅仅听起来就是相当得提气,而细细分析下中国能够取得这样的成绩相当不易。

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  我们做一个粗略的计算可知:日方准航母编队以日常巡航18节的航速作为基准参考,72小时就是1296海里,那就2400公里。就算日方军舰编队不是以直线返回,而是沿着国际公共航线来返回,那距离中国沿岸距离在1700公里以上。这么远的距离,中国无人机还要持续长时间追踪,显然利用传统的地面站微波遥控模式是行不通的,那样最远距离只有250公里。能够完成这样远程侦察任务必须要利用卫星数据链。从理论分析上来说,中国此举应该是验证了中国远程卫星数据链至少应该达到1500公里以上的传输的能力。不过这只能算是侧面验证,并没有相关的正面验证报道;而就在最近中国公布了一款察打一体无人机的打靶实验,正面证实了中国无人机和数据链配套系统的通联能力和可靠性。

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  根据美国《战略之页》网站的6月27日的报道称,中国”彩虹-4“察打一体无人机不久前进行了一次超过1000公里以上卫星遥控打靶实验。遥控地面站设在北京,而打靶靶场是在中国西部。在这次试验中,“彩虹-4”无人机使用了卫星制导炸弹和AR-1空对地导弹进行了双重打靶实验,这也验证中国无人机系统在卫星遥控下的对地攻击能力。

  由于“彩虹-4”无人机是一种中低空使用中程无人机,所以要换了体积更大,翼展更长,装备尺寸更大卫星天线的的BZK-005型远程无人侦察机,远程遥控的性能还可以提升。这也是中国首次被公布出来具备这样远程打击能力的报道。而且美国《战略之页》网站特地指出,中国的无人机整套采购成本要比美国便宜至少50%,这也使得全世界很多国家都开始采购中国产的无人机。

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  目前来看,这种无人机的性能上不输于美军现役的“捕食者”攻击无人机,只是缺少“捕食者”的辉煌战绩。在《战略之页》的文章末尾还特别指出,如果美国不能降低自己的无人机的运营成本和生产成本,未来被中国全面赶上是极有可能的。

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  我们都知道长期以来,美国的“捕食者”系列还有其他系列无人机一直靠着远程卫星数据链系统而驰骋于全球各大战场。这套系统可以非常低的延时,使得远在上千公里以外的操作员以准实时的状态操控无人机;尤其是进行执行远程打击、定点清除任务的时候,卫星链路可以同时传输多组画面给指挥中心,这样让指挥中心综合判断并下定作战决心。这一幕不仅仅是出现在大片中,实际上美军现在的无人机作战已经可以达到这样了,仅依靠战区数据链系统就可以同时兼顾16路720P的影像。

  不过,现在中国马上也可以发动这样的打击行动了。目前中国在天空中已经拥有了“天链”通讯中继卫星,目前已经在轨应用了3颗以上的“天链一号”卫星系统,这种最多可以同时容纳64路720P画面传输的卫星链路系统,使得中国具备了可以像美国一样远隔千里对敌方目标发动精确打击的能力。而且这种远程打击甚至还可以配合其他卫星的同步追踪来进行实时战果评定,或者干脆同时调动超过4架以上的无人机对目标发动同时打击,这是美国“捕食者”系统现在的能力,中国马上也可以了;而中国现在的“彩虹”系列无人机尚只能利用地面站进行2架或者4架无人机,250公里内的同时指挥作战行动,这么看来卫星数据链的意义尤为重大,同时也要为我们现在取得成就而拍手叫好,能够取得目前的成绩确实相当的不易。

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  这还是只是在无人机领域的应用,其他领域也都需要这种高速数据链。并且中国还在会2016年下半年发射“天链一号”04星,这意味着中国的空天一体卫星通讯中继网络有了备份星,2017年还会发射“天链二号”系列卫星,这样中国卫星数据链系统会具备更大容量通信带宽,确保全球100%覆盖的同时还可以有备份使用。

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  “天链二号”通讯能力的提升打个比方就是原来是64路720P画面,现在可以升级为128路1080P画面,要是传输超清4K分辨率视频,配合专门的压缩算法也可以达到32路甚至更多。如此看来,中国的无人机群在全球执行任务的时代已经不远。作为能够左右未来21世纪战场的决定性武装力量,无人机的应用也会越来越广泛,极有可能会出现“0伤亡”而战争胜负已分的情况,在这种大趋势下,中国势必不会落后,还会一马当先当好排头兵。

  印度射一箭20星看不上中国长征7 称日才是对手

  长期以来在航天领域中,美俄是真正的超级大国,尤其是追求各种发射记录上。美俄之间是你追我赶,不是发射最大火箭上天就是一口气射十几颗卫星上天等等,无所不用其极。但是自从俄罗斯航天逐步萎缩后,美国也在航天领域转而以商业应用为主。此时中国航天开始发力,虽然不是展开世界之最的竞争,却更注重实用化和适合中国自己实用的角度来发展。但是这已经让美国感受到了足够的威胁,并且这个威胁正在转化为实实在在的优势,例如中国的“天宫”空间站将会成为2025年后全球唯一的空间站。但是此时另一个国家却不甘落后于中国,甚至其还要叫嚣让美国的NASA(航空航天总署)知道谁才是世界航天老大!这就是刚刚成功进行过一箭20星发射的印度,一个处处瞄准中国却有不承认中国是个对手的国家。

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  印度在6月22日完成一次新的“亚洲卫星发射数量之最”的实验,利用PSLV-C34的极地卫星运载火箭在26分钟时间内,把20颗美国、加拿大、德国、印尼等客户和印度本土的卫星送入轨道。相比于俄罗斯曾经的“一箭37星”和美国的“一箭20星”,印度此举从数量上追平了中国的“长征-6号”发射的一箭20星成绩。从数量上确实不少,可仔细查看载荷我们却发现其中的问题,印度发射的这20颗卫星最大才700公斤,最小的只有1.5公斤,总共才1288公斤。相对于美国曾经调侃的中国“长征-6”火箭发射时把一筐土豆撒向天空的情景来看,印度这个估计就是一筐苹果了。虽然大家都说你掌握了“一箭多星”技术,就理论上掌握的分导多弹头技术。这也让印度国内欢欣鼓舞,印度总理都称这是印度领先亚洲的标志性事件之一,基本上就没把中国当回事还是忘记了中国是亚洲的一员?

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  其实就说一个硬指标就知道印度航天的实际能力,载荷重量!按照国际上通常认为的核武器小型化标准来计算,印度现在对于核武器小型化能力大约能做出来在200到500公斤的核弹头,而印度此番验证的技术总载荷量才1.2吨,最多就是6枚弹头,这还是最乐观估计,中国现在10颗弹头10000公里的射程都可以保证,仅仅这一点就印度就没法比。

  而且我们可以注意到一点“发射26分钟后,把这些卫星送入轨道”,这也意味着印度的火箭并不具备像中国那样的“上面级”运输技术。而“上面级”运输技术最初版本就是分导多弹头推进分离器,在应用“上面级”技术后,中国可以在火箭发射分离后,把卫星甚至持续运输数小时进入更高轨道,多次变轨。这样来看,印度这次发射,确实只能算是为了打破中国纪录而特地进行了专门发射。而且原本是要发生22颗打破中国的20颗纪录,结果2颗不争气没赶上最终调试,没装载火箭上发射。

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  如此来看,印度航天目前的发展态势仍然处于世界航天第二梯队中的追赶位置,论火箭技术不上第二梯队领头羊的欧洲航空局的“阿丽亚娜”系列火箭;论探测器技术,印度虽然成功的发射了一枚火星探测器,但是很不”凑巧“,上面的载荷设计、发射后的测控、全部都不是印度自己完成的,背后站着两大巨人:美国的航空航天总署还有欧洲的航空航天局,印度就是挂了个头衔而已。在这方面中国跟印度比不了,中国唯一的一颗火星探测器还是由俄罗斯帮忙发射的。但是印度从来没有进行过探月实验,中国的探月试验马上都要开展第三期了。但是就这样的差距,印度也丝毫看不上中国的取得的任何成就。以刚刚发射的“长征-7”号运载火箭为例,印度网络上主流评论是:“中国不过就是在地球附近造了一堵墙(近地轨道运载能力提升),而印度的目标是到更远的星球去。”可以说印度根本没把中国航天成就放在眼里,并且大多数印度人认为日本才是有资格能够在宇宙发射领域跟印度匹敌的国家,估计印度人都不知道日本H-2B火箭能够把16.5吨的物资发射上天,印度还想跟日本比呢?

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  尤其是印度现在的航天工程师,主要研发投入不是在发展新式火箭和卫星技术,反而在更前沿的技术上花费大量的时间和精力。比如说“可重复使用运载火箭技术验证器(RLV-TD)”的无人航天飞机的开发,还有高超音速脉冲爆震发动机的研发等等这些新兴领域,而不是在大推力火箭发动机,遥测技术,卫星平台技术这些基础航天技术花费时间和精力。要知道印度现在近轨发射能力最强的火箭是GSLV,最大发射载荷才5吨,而中国的长征-7号以后,中国的近轨发射能力达到12.5吨,可靠性更是高达97%,印度目前是在92.86%。如此看来印度想方设法想要超越中国,而又不去加固地基,这种超越能持续多久,确实是个未知数。不过我们仍然要警惕印度这种盲目追求记录和新技术的做法,如果中国陷入这样的竞赛循环中反而会耽误主业的发展,这个潜在的威胁是必须考虑到的。当然发生这种情况的概率,确实不高。

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