【4600公里!中国构建全球首个星地量子通信网】北京时间1月7日凌晨,中国科学技术大学潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作,在国际学术期刊Nature杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”(An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres)的论文。

研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上,构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络,实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发,并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。论文是对上述成果的一个系统性总结,证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。

按通信信道的不同,量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。光纤QKD技术的信道稳定性较好,不易受到温度、湿度、天气等环境因素影响,可以实现基本恒定的安全码率,在城域城际范围内可以方便的连接到千家万户,而在超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景,可以通过卫星中转的自由空间信道连接。将地面光纤和自由空间结合,可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。

量子保密通信京沪干线总长超过2000公里,覆盖四省三市共32个节点,是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线,于2017年9月底正式开通。建设过程中,研究团队攻关了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控监控等系列工程化实现的关键技术。建成后,开展了长达两年多的相关技术验证和应用示范以及大量的稳定性测试、安全性测试及相关标准化研究,通过了光子数分离攻击、致盲攻击、时移攻击、波长依赖攻击和一些潜在的特洛伊木马攻击等安全性测试,结果表明“京沪干线”可以抵御目前所有已知的量子黑客攻击方案,同时京沪干线网络的密钥分发量可以支持1.2万以上用户同时使用。

“墨子号”量子卫星于2016年8月在酒泉卫星发射中心成功发射,圆满完成了预定的全部科学目标。在该工作中,研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上,最终在南山地面站实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发,生成速率比之前的工作高出约40倍。研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1200公里拓展到2000公里,相应的地面站俯仰角跨度可达170°(几乎可覆盖整个天空)。

目前该天地一体化量子通信网络已经接入包括金融、电力、政务等150多家行业用户。2019年初,国家电网有限公司基于该网络,建立了跨越2600公里、从北京总公司至国网新疆电力有限公司的量子密钥分发信道,实现了电力通信数据加密传输,首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。在天地一体化量子通信网络大量测试结果及标准化研究的基础上,全球三大标准化组织之一ISO/IEC正在基于京沪干线的实践编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》,另一国际组织ITU也正基于京沪干线的建设模式起草可信中继安全要求、QKD网络功能架构等国际标准。

本工作发展的相关技术也为量子通信系统小型化、低成本、国产化奠定了基础。最近团队成功研制了重量约百公斤的小型地面站,实现了与墨子号的星地量子密钥分发实验,和国际多个地面站的进行了星地量子密钥分发实验,未来有望进一步做到可单人搬运;同时,在保证密钥分发速率的前提下已经成功研制几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷,这些成果也为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。

在我国“墨子号”和“京沪干线”等一系列量子通信重要成果的引领下,欧美等国也陆续加快推进量子通信基础设施建设。2020年美国发布《量子网络战略愿景》和《量子互联网国家战略蓝图》,其中《量子网络战略愿景》提出,“未来5年,美国将展示实现量子网络的基础科学和关键技术,从量子互连、量子中继器、量子存储器到高通量量子信道,以及洲际天基纠缠分发”;欧盟发布量子旗舰计划《战略研究议程》,提出“3年愿景是利用QKD协议和具有可信中继节点的网络实现全球范围的安全密钥分发,6-10年愿景是使用量子中继器在光纤上实现800公里以上的量子通信”。

目前,广域量子通信网络的雏形已基本形成,未来在此基础上,可进一步推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的广泛应用。骨干网的扩展,将形成更复杂的拓扑结构,并在基础上构建国家地基授时网络,为定位、导航和授时服务提供保障。另一方面,地面网络与量子卫星结合,为超大尺度量子干涉的相关实验提供了有利基础,如探索量子力学与广义相对论融合等问题,为量子引力的基础检验和用于计量应用的大规模干涉测量提供了可能。

这项工作得到了国家发改委、山东省、安徽省、上海市、中国银行业监督管理委员会、中国科学院、科技部和基金委的支持。

#打造轨道上的京津保 一小时交通圈初步形成#

□本报记者 邸志永

12月19日10时35分许,赵玉柱从保定东出站。家住天津市河东区的他,今天乘坐的是G6291复兴号,从天津西到保定东用时1小时1分钟到达。

“要是自己开车的话,就算是走高速公路,也得两个半小时左右才行。”赵玉柱告诉记者,他老家就在莲池区东大夫庄,离着保定东站非常近,前一段时间家里赶上了保定城中村改造,老人给他留了一套房子,盼他有时间常回家看看。

“我2006年在河北工业大学毕业后,就留在了天津。那时候回家还得坐客车,慢的时候四五个小时,快的时候也得两三个小时。要是坐火车,得先绕道北京。”赵玉柱称,自从津保铁路2015年底开通,他回家方便很多。

原来,以前从保定东站到天津西站,先要从保定东站到北京西站,需要40多分钟;从北京西站到北京南站还有一个路上交通的时间,至少也要30分钟;再从北京南站到天津的30分钟,加起来需要2个小时左右。三角“绕道”,除了距离、时间和经济成本上的落差,更有对人精神上的落差。

如赵玉柱这般,受益于京津保一小时轨道交通圈的人,还有很多。

仅以津保铁路为例,天津日报2017年公布的数字显示,自2015年12月28日开通,到2017年2月12日,津保铁路共运送旅客815万人次,使天津与保定之间往来不需再绕道北京换乘。。作为津保铁路两端起始站,天津西站和保定东站客流增幅最为明显。天津西站由开通前日均发送旅客9110人增加至日均1.8万人,增幅达到97%;保定东站由开通前日均发送旅客6200人增至9500人,增幅达53%。

开通至今,津保铁路运送旅客更是数以千万计。

轨道连通不同地域,人流带来无尽活力。

遥想当年,正是由于开通了京津城际列车,使得北京和天津间变成30分钟的距离,“同城效应”使两市间的人员往来、物流发展得到极大的促进。而今,京津保的同城效益,正随着一小时交通圈的形成,在逐步成为现实。

11时20分许,38岁的牛飞龙乘坐G65复兴号到达保定东站。

“2005年从河北大学毕业,在兰州大学读完研究生后在北京工作,只要有时间,每隔一两年我都带家里人回河北大学看一看。”牛飞龙扬了扬手中的高铁票,从北京西站到保定东站,仅用时41分钟。

家住北京东四环的牛飞龙,在北京西四环附近上班,每天开车两小时上班成了日常。遇上堵车,早上五六点钟出发的他,迟到也不鲜见。这一次来保定,除了带家人回味一下青春,主要目的是参加保定一家大型车企的面试。

“待遇跟北京差不多,都是年薪50多万,但保定这边的工作压力和生活成本低很多。就算想回北京看孩子,坐车也不到一个小时,比我开车还方便,所以考虑到保定发展。”牛飞龙称,具体待遇还得面试后再谈,现在先不想那么多,准备带孩子和爱人先去尝一下驴肉火烧。

轨道通则区域通,区域通则经济发展指日可待。

相比赵玉柱的常回家看看,牛飞龙的工作生活更方便,经营一家汽车减震器企业的佟先生,更关注雄忻铁路的最新进展。

“最近,中南高科在清苑区的产业园正在招商,第一批9家重点签约企业,就有北京和天津好几家。里面特别提的一条便利条件就是,雄忻铁路中的保定南站就在附近,我正在考虑去投资一下,在这里建一家新厂。”佟先生称,雄忻铁路一旦建成,保定立即就是十字交叉的轨道格局,作为京津冀协同发展战略的中心区域城市,连通西部潜力无限。

佟先生口中的雄忻铁路,起于京雄城际铁路雄安站,终于大西高速铁路忻州西站。全长为342千米,设12个车站,设计速度为350千米/小时,其中在保定境内有5个站,预计2021年开工。

之所以潜力无限,是因为雄忻铁路建成后,作为京昆铁路的重要部分,将搭建起西北、西南和华北、东北沟通交流的桥梁,成为连接我国西北、西南、华北和东北的大通道,并能有效改善京津冀地区铁路路网格局,可有效疏解环北京地区的客运压力。

轨道上的京津保,不止雄忻铁路这一条好消息。

围绕京津保一小时轨道交通圈,保定积极谋划保忻铁路(雄忻高铁)、石雄城际、廊涿城际、保沧铁路、保张铁路、Rl线 延伸至保定东站、城市轨道交通等重大铁路项目。

随着雄忻铁路和连通大兴机场的Rl线开工在即,向南连接正定机场的石雄城际进入实地踏勘阶段,通往东南的保沧铁路和通往西北的保张铁路进入规划阶段,保定“米字型”区域综合铁路枢纽规划设想正在逐步变成现实。

轨道交通的加速建设,为保定全面融入京津冀一小时物流圈奠定了基础。

今年以来,保定充分发挥交通网络比较优势,主动对接京津现代商贸、电子商务等产业,不断培育壮大现代商贸和物流产业体系。

传统电商阿里巴巴、京东、苏宁云商及商云、中城、优麦、航政、盛宴等5家省级电商示范企业和淘宝、慧聪、腾讯等第三方平台陆续进驻保定,项目进展顺利。

通过制定《保定市推进全国现代商贸物流重要基地建设2020年工作方案》,大力支持物流企业兼并重组上市融资,涿州锦绣大地、高碑店新发地、高碑店汇通图腾路桥物流园和望都钧达冷链物流列入“京津冀一小时冷链物流圈”规划,一大批县域特色商品集散地、批发市场,货物集散和配送能力显著提升。

在重大交通利好刺激下,一批重点重大合作项目加快推进。

北京新发地高碑店农产品物流园区一期已投入运营,二期项目计划总投资329亿元,总占地7500亩,重点建设“智能冷链物流园、智慧电商产业园、北京马连道国际茶城、国际保税物流园、国际花卉产业园”等,计划2022年建成运营。

高碑店汇通公路港物流项目,总投资19.6亿元,占地240亩,打造集冷链物流、智能仓储、流通加工、供应链管理、电商分拨及城际配送等功能为一体的绿色智慧物流综合服务园区,有效带动全市物流产业有序发展。

轨道上的京津保,正以一个崭新的面貌,开启新时代的发展加速度,迎接更美好的未来。

京雄城际铁路河北霸州段的全封闭声屏障(12月25日摄,无人机照片)。

记者26日从中国国家铁路集团有限公司获悉,北京至雄安新区城际铁路(京雄城际)大兴机场至雄安新区段将于12月27日开通运营,京雄城际铁路实现全线贯通,雄安站同步投入使用。北京西站至雄安新区间最快旅行时间50分钟,大兴机场至雄安新区间最快19分钟可达。

新华社记者 牟宇 摄

中国先进航空发动机,距离美国还有多远?专家:涡扇-20最关键

据科罗廖夫报道:
军事作家
先进航空发动机是航空制造工业上的明珠,因为它是当今世界上最复杂,涉及学科最多的工程机械系统。航发一直都是制约中国航空业发展的一个短板,很长一段时间以来,由于我国的航空发动机技术相对落后,所以国产飞机也深受影响。甚至有军事专家放话称,中国在该领域至少落后美国30年以上。现在,这个论断恐怕要大幅度修改了,中国航空发动机前进的脚步正在加快,差距越来越小。

主要标志是运-20运输机疑似换装WS20发动机,机不变动力变,性能提升了一大截。就环球时报报道,多家媒体近日猜测,中国运-20战略运输机终于获得了期待已久的国产发动机,最近首次公开亮相。尽管WS-20在最顶尖航空发动机的排名并不占优,但一个优势令其成为运20最可靠动力。

前段时间,传出运-20大型运输机装备4台WS-20发动机进行首飞的消息,令不少军迷感到由衷的高兴。运-20自从2016年服役以来,一步一个脚印,一边不断增加交付服役数量,另一边则不断展开各种融合训练,并从今年开始参加了很多项重大运输任务,表现非常出色,令人赞不绝口。但是在满天的称赞声中,免不了会有一些不和谐的声音,少部分人对运-20仍不满足,对其指指点点、评头论足。

其中最大的指责就集中在发动机上,运-20和伊尔-76一样,仍然是使用D-30KP2发动机。俄制D-30KP2发动机有多落后,相信大家都有所耳闻,仅仅说一句——它是研发于40多年前的一款苏制中涵道比发动机,甚至使用在老旧的图-154客机上,就不难想象其在如今时代是有多么落后了。

原本在运-20立项时,就确定要装备国产大涵道比发动机——WS-20。尺寸明显大于D-30KP2发动机的WS-20早在数年前就被挂在伊尔-76空中试车台翼下进行测试,但项目推进速度并不尽如人意,直到2020年,运-20和WS-20这对组合才终于结合在一起,也算是熬出头了。

目前外界都主要把目光放在运-20换装WS-20后,飞行性能、运输能力会有何种程度的提升。对于WS-20发动机本身,反倒是不太关注,有些本末倒置。那么,WS-20总体技术水平如何,在高手如云的国际大涵道比发动机市场上,它排名又是如何呢?

最近西安红旗厂的官方账号上公开了一张照片,照片上出现了一种前所未见的大涵道比涡扇发动机。这一型号的发动机很有可能就是我国研制中的WS20发动机。这可能是WS20发动机的真身首次公开在官方的媒体上。

对WS-20发动机比较熟悉的人都知道,其核心机源于中国另一款非常著名的航空发动机——WS-10“太行”。而WS-10“太行”核心机本身又主要借鉴参考CFM-56发动机。从其他方面的资料也可以得知,WS-20发动机和CFM公司的CFM-56发动机比较类似,两者的性能水平非常接近。

(从圆周复原示意图上刊登,左边的风扇清楚的显示,这台新型发动机的风扇共有22个叶片,根据人体身高和发动机的比例进行推测,该机风扇的直径在2.3米左右)

CFM-56发动机属于西方国家中非常经典的一款大涵道比发动机。前身来自于美国的F101军用涡扇发动机,这个军用机的各种改型广泛用于B1B/B2轰炸机和F16等多种战斗机的动力。CFM-56发动机于1982年投入使用,累计交付数量超过31000台,至今仍然有超过28000台CFM56系列发动机在正常使用中,其装机对象非常广泛:波音737系列、空客320系列、A340、DC-8等客机,KC-135R加油机、E-3预警机、P-8A反潜巡逻机等军机都是使用这款经典发动机,CFM56系列发动机也号称是全球产量最大、最为成功的一款大涵道比发动机。

WS-20发动机拥有与其不差上下的性能,足以令人心满意足,至于能否复制CFM56发动机的成功之路,就还有待观察了。

不过,如果着眼于目前同级别中最先进的产品,那么WS-20发动机的情况并不乐观。

CFM-56系列发动机再成功,也毕竟是近40年前研发的产品,早已逐步被更先进的产品超越。CFM-56系列发动机的娘家——CFM国际公司已打造出新一代主打产品——LEAP系列发动机,在推力、燃油经济性、排放、降噪、寿命、可靠性、可维护性等方面要远超CFM-56系列发动机,得到市场客户的高度认可,中国的C919客机就是选择了LEAP系列发动机的LEAP-1C发动机作为唯一动力。

长江后浪推前浪,一代新人换旧人,CFM国际公司已从今年开始不再接收CFM-56发动机的新订单,将逐步把生产重心全面转到LEAP系列发动机上,目前LEAP-X系列发动机的订单总数已突破1.5万台,总价值达1900亿美元,还在不断增长中,钱途无量。CFM公司加班加点才能年产1600台。

中国目前发展的CJ-1000A先进涡轮风扇发动机,对标的就是LEAP-X系列发动机。2018年5月,CJ-1000A完成了首次点火试验,初步验证了该发动机各部件和系统的可靠性。目前它的最新进度不为外界所知,按照原计划,CJ-1000A发动机将在2022年开始正式装备到C919客机上。不过,现在看CJ-1000A要想成熟和取得国际认证恐怕要好几年时间,预计距离实际装机测试肯定还是有一段时间。

这边中国才刚刚用上和CFM-56系列发动机同一水平的WS-20发动机,那边更先进的LEAP系列发动机早已开始逐步取代CFM-56发动机,所以说中国在大涵道比发动机方面落后西方一代还真的不是信口开河,这种说法是有理有据的。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索,在航空发动机领域,我们仍需要不断奋斗啊!

WS-20发动机标志着我国成为继美、英、法、俄之后第五个能够独立研制大涵道比高性能涡扇发动机的国家。中国运20配备了涡扇20新航发,可以让运-20成为完全体,得到性能上的极大提升,使得我军可以在运-20的基础上发展预警机、远程反潜机等特种飞机。将彻底摆脱旧式俄制发动机对于飞行性能的限制。彻底补上发动机的短板,也能够为我国民用大涵道涡扇发动机的研发提供足够的经验,再创佳绩。

老金:中国发动机、中国芯片、中国材料,三箭齐发,一旦攻克,国势大强!!!


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