China lança satélite para experiências de comunicação quântica



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O ‘Quantum Science Satellite‘ (QSS), baptizado de ‘Mozi’, foi colocado em órbita a partir do Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan. O QSS é o primeiro satélite capaz de levar a cabo comunicações quânticas entre o espaço e a Terra.

O lançamento foi realizado às 17:40:04,546UTC do dia 15 de Agosto de 2016 pelo foguetão CZ-2D Chang Zheng-2D (Y32) a partir da Plataforma de Lançamento 603 do Complexo de Lançamento LC43.

Após se separar do último estágio do lançador, o Mozi ficou colocado numa órbita com um perigeu a 498 km de altitude, apogeu a 503 km de altitude, inclinação orbital de 97,4º e período orbital de 95 minutos.

A bordo seguiam dois outros pequenos satélites, o 3Cat-2 e um satélite experimental Chinês para estudos atmosféricos, o LX-1 Lixing-1.

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O QSS é o primeiro satélite capaz de levar a cabo comunicações quânticas entre o espaço e a Terra. A sua missão é dedicada a levar a cabo experiências científicas quânticas. Também designado Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), o QSS irá testar o fenómeno de ‘entrelaçamento quântico’. Operado pela Academia de Ciências da China, este satélite de cerca de 500 kg contém uma chave de comunicação quântica, um emissor de entrelaçamento quântico, uma ‘fonte de entrelaçamento quântica’, uma unidade de processamento, e um comunicador laser.

QuantumSS 001976A comunicação quântica é um campo da Física Quântica Aplicada intimamente relacionada com o processamento de informação quântica e tele-transporte quântico. A sua aplicação mais interessante é a protecção de canais de informação contra espionagem por meio de criptografia quântica. A aplicação mais conhecida e desenvolvida de criptografia quântica é a distribuição de chave quântica (QKD). QKD descreve o uso de efeitos da mecânica quântica para executar tarefas criptográficas ou para quebrar sistemas criptográficos. O princípio de funcionamento de um sistema QKD é bastante simples: duas partes (Alice e Bob) utilizam fotões individuais que são polarizados aleatoriamente para estados que representam uns e zeros, para transmitir uma série de sequências de números aleatórios que são utilizados como chaves nas comunicações criptográficas. Ambas as estações estão ligados em conjunto com um canal de um canal quântico e de comunicação clássica. ‘Alice’ gera um fluxo aleatório de qubits que são enviadas através do canal quântico. Na recepção do fluxo de ‘Bob’ e ‘Alice’ – utilizando o canal clássico – executam-se operações clássicas de verificar se um «espião» tentou extrair informações sobre o fluxo de qubits. A presença de um intruso é revelada pela correlação imperfeita entre as duas listas de bits obtidos após a transmissão de qubits entre o emissor e o receptor. Um componente importante de praticamente todos os esquemas de criptografia adequada é a verdadeira aleatoriedade que pode elegantemente ser gerada por meio de óptica quântica.

QSS 1O QSS irá retransmitir comunicações entre duas estações no solo (uma na China e outra na Europa), transmitindo chaves quânticas. Durante a missão, os cientistas Chineses irão implementar uma série de missões cientificas entre o satélite e as estações de comunicação quântica no solo.

Um dos principais objectivos da missão é o de estabelecer uma QKD (Quantum Key Distribution) do satélite para o solo, criando assim um canal de ultra longo alcance entre o solo e o satélite com o apoio de aquisição de alta precisão, de um sistema de seguimento e posicionamento, e implementando uma chave de distribuição quântica entre o satélite e as estações no solo, levando a cabo experiências de comunicações quânticas seguras incondicionais.

QuantumSS 001975A missão irá também criar uma rede à escala global de comunicação quântica, estabelecendo uma rede real de grande área para comunicações quânticas utilizando o repetidor no satélite e duas estações quânticas arbitrárias no solo, bem como as suas redes locais de comunicação quântica por fibra óptica.

O satélite irá também testar a QED (Quantum Entanglement Distribution) do satélite para duas estações no solo localizadas na China e na Europa. A Academia de Ciências Austríaca forneceu os receptores ópticos para as estações de recepção Europeias.

Finalmente, o QSS irá testar a teleportação quântica do solo para o satélite como uma forma totalmente nova de comunicação. A teleportação quântica é o processo fundamental das redes quânticas e da computação quântica. Uma fonte de entrelaçamento quântico de alta qualidade no solo será estabelecida para se conseguir realizar as experiências de teleportação baseadas no entrelaçamento de fotões.

QuantumSS 001974aO QSS é composto por diferentes subsistemas: subsistema de controlo de atitude, subsistema de fornecimento de energia, subsistema de controlo térmico, subsistema de telemetria e comando, subsistema de comunicações, subsistema estrutural e subsistema de manutenção. 

O QSS foi baptizado em honra do filósofo Chinês, Mozi (470 to 390 AC). Mozi determinou que a imagem numa câmara escura se encontrava invertidadevido ao facto da luz viajar em linhas rectas a partir da sua fonte. Os seus disciplos desenvolveram esta ideia numa teoria menor da óptica.

O QSS faz parte do Programa Estratégico Prioritário da China em Ciência Espacial, cujo primeiro satélite, o DAMP, foi lançado em Dezembro de 2015. O segundo satélite do programa, o SJ-10 Shijian-10 foi lançado a 6 de Abril de 2016. O telescópio HXMT que tem como função o estudo dos buracos negros e estrelas de neutrões será lançado em finais de 2016. 

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O satélite ³Cat-2 (“cube-cat-two”) é o segundo satélite da série 3Cat e o segundo satélite a ser desenvolvido pela Universidade Politécnica da Catalunha (UPC), Espanha, no seu laboratório NanoSat Lab. Esta série de satélites transporta a carga principal PYCARO, um reflectómetro de dupla banda e dupla polarização  GNSS Reflectometer (GNSS-R) que foi projectado e fabricado pelo Laboratório de Detecção Remota e pelo NanoSat Lab da UPC. Também integra o sensor estelar Mirabilis, um sensors experimental para determinação de atitude e o magnetómetro  AMR eLISA projectado e fabricado no IEEC para a futura missão LISA da agência espacial europeia.

O ³Cat-2 tem uma massa de 7,1 kg e as suas dimensões são 100 mm x 243,7 mm x 340,5 mm.

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O terceiro satélite a bordo era o LX-1 Lixing-1. Este é um pequeno satélite destinado a estudos atmosféricos que orbitará a Terra a altitudes entre os 100 km e os 150 km para estudar a densidade atmosférica.

O foguetão CZ-2D Chang Zheng-2D

CZ-2DO foguetão lançador chinês CZ-2D Chang Zheng-2D (长征二号丁火箭), fabricado pela Academia de Tecnologia Espacial de Xangai, é um veículo a dois estágios destinado a colocar satélites em órbitas terrestres baixas. O seu primeiro estágio é semelhante ao do foguetão lançador CZ-4 Chang Zheg-4, bem como o seu segundo estágio exceptuando uma secção de equipamento melhorada em relação ao CZ-4.

O Chang Zheng-2D tem a capacidade de colocar uma carga de 3.500 kg numa órbita a uma altitude de 200 km com uma inclinação de 28,0º em relação ao equador terrestre ou uma carga de 1.300 kg para uma órbita sincronizada com o Sol a uma altitude de 645 km. No lançamento desenvolve 2.961,6 kN, tendo uma massa total de 232.250 kg, um comprimento de 41,056 metros e um diâmetro de 3,35 metros.

O CZ-2D é principalmente lançado desde o Complexo de Lançamento LC-43 do Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan (áreas LA-2B ‘138’, que se encontra desactivada, e LC43/603), mas pode também ser lançado desde Xichang e Taiyuan.

O primeiro lançamento do CZ-2D teve lugar a 9 de Agosto de 1992 (0800UTC) quando o veículo Y1 colocou em órbita o satélite recuperável FSW-2 (1) (22072 1992-051A).

O CZ-2D Chang Zheng-2D pode utilizar dois tipos de carenagens de protecção distintas dependendo do tipo de carga a colocar em órbita. A carenagem Tipo A tem um diâmetro de 2,90 metros (com esta carenagem o lançador tem um comprimento total de 37,728 metros) e a carenagem Tipo B tem um diâmetro de 3,35 metros (comprimento total de 41,056 metros).
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O Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan

O Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan (酒泉卫星发射中心), está localizado em Ejin-Banner, na Prefeitura de Alashan da Região Autónoma da Mongólia Interior, e foi o primeiro centro de lançamento de satélites da China, sendo também designado como Centro de Lançamento Shuang Cheng Tze.

Jiuquan 2O polígono de lançamento incluí um um Centro Técnico, dois Complexos de Lançamento, um Centro de Controlo de Comando, um Centro de Controlo de Lançamento, sistemas de abastecimento de propelentes, sistemas de comunicação e seguimento, sistemas de abastecimento de gás, sistemas de previsão meteorológica e sistemas de apoio logístico.

Jiuquan foi originalmente utilizado para o lançamento de satélites científicos e satélites recuperáveis para órbitas terrestres de média ou baixa altitude com altas inclinações. Todas as missões tripuladas da China foram lançadas desde Jiuquan.

Jiuquan 1O Complexo de Lançamento LC43, também designado como ‘Local de Lançamento Sul’, está equipado com duas plataformas de lançamento: 921 e 603. A Plataforma de Lançamento 921 é utilizada para o programa espacial tripulado para o lançamento dos foguetões CZ-2F Chang Zheng-2F (Shenzhou e Tiangong). A Plataforma de Lançamento 603 é utilizada para lançamentos não tripulados com os foguetões CZ-2C Chang Zheng-2C, CZ-2D Chang Zheng-2D e CZ-4C Chang Zheng-4C.

Outras zonas do Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan são utilizadas para o lançamento dos foguetões de propelentes sólidos KZ Kuaizhou e CZ-11 Chang Zheng-11.

O primeiro lançamento orbital desde Jiuquan teve lugar a 24 de Abril de 1970 quando um foguetão CZ-1 Chang Zheng-1 colocou em órbita o primeiro satélite artificial da China, o Dongfanghong-1 (04382 1970-034A).

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 5564

– Lançamento orbital com sucesso: 5212

– Lançamento orbital China: 247

– Lançamento orbital China com sucesso: 235

– Lançamento orbital desde Jiuquan: 86

– Lançamento orbital desde Jiuquan com sucesso: 80

Ao se referir a ‘lançamentos com sucesso’ significa um lançamento no qual algo atingiu a órbita terrestre, o que por si só pode não implicar o sucesso do lançamento ou da missão em causa (como foi o caso do lançamento do Progress M-27M).

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Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo: 27,5% foram realizados pela Rússia; 27,5% pelos Estados Unidos (incluindo ULA (42,9%), SpaceX (57,1%) e Orbital SC); 23,5% pela China; 9,8% pela Arianespace; 7,8% pela Índia, 2,0% pelo Japão e 2,0% pela Coreia do Norte.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

19 Ago (04:00:00) – Delta-IV-M+(4,2) (D375) – Cabo Canaveral AFS, SLC-37B – AFSPC-6 (GSSAP3); AFSPC-6 (GSSAP4)

24 Ago (21:55:00) – Ariane-5ECA (VA232) – CSG Kourou ELA3 – Intelsat-33E (EpicNG); Intelsat-36

29 Ago (11:00:00) – GSLV MkII F05 – Satish Dawan SHAR, SLP – INSAT-3DR

?? Ago (??:??:??) – CZ-2D Chan Zheng-2D – Jiuquan, LC43/603 – TanSat ‘CarbonSat’

04 Set (??:??:??) – Falcon-9 (029) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – AMOS-6

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