25 mei 2024

ESA lanceert in 2024 zijn eerste quantumcommunicatiesatelliet ‘Eagle-1’

Micius, artistieke impressie, Credits; Chinese Academie van Wetenschappen (CAS)

Jian-Wei Pan, een Chinese quantumfysicus, is de geestelijk vader van het Chinese quantumcommunicatie satellietnetwerk, beter bekend in het westen als ‘QUESS’. Zijn naam is inmiddels onlosmakelijk verbonden met dit grote project, waarvan de volledige Engelse naam ‘Quantum Experiments at Space Scale’ luidt. Pan en zijn team, verbonden aan de University of Science and Technology of China (USTC, Hefei), bezorgden China, als eerste land ter wereld, de realisatie van real-time, quantumsleuteldistributie-communicatie met satellieten. Een tweetal quantumsatellieten is inmiddels gelanceerd, in resp. 2016 en 2022. De eerste heette ‘Micius’ en de tweede ‘Jinan-1′. China’s prestaties betreffende dit allereerste ruimte-aarde geïntegreerde quantumcommunicatienetwerk, doken met name op in het nieuws in de loop van 2017, toen het land aankondigde dat een satelliet en een grondstation hadden gecommuniceerd d.m.v. verstrengelde quantumdeeltjes. Stations op aarde konden de verstrengelde fotonenparen meten die op de satelliet werden uitgezonden. In o.a. deze Astroblog c.q. Nature, staat meer over de mogelijke toepassingen van deze technologie, zoals het bouwen van ultrascherpe telescopen m.b.v. ver uit elkaar staande observatoria en nieuwe methoden om zwaartekrachtgolven te detecteren. In navolging van China werkt nu ook ESA i.s.m. een keur aan Europese ruimtevaartbedrijven aan de eerste Europese quantumcommunicatiesatelliet Eagle-1. Deze zal in 2024 gelanceerd worden, en het Nederlandse ISISPACE is hierbij nauw betrokken.

Chinese primeur Micius
China had de primeur met Micius, deze eerste Chinese quantumcommunicatiesatelliet werd op 16 augustus 2016 gelanceerd, en bracht een quantumcommunicatiefiberlink tussen Shanghai en Peking tot stand. Hierbij werd quantum-versleutelde data over een afstand van 2000 km verzonden. De kwaliteiten van Micius werden nogmaals aangetoond toen vanuit China op 29 september 2017 de eerste quantumgecodeerde virtuele teleconferentie gehouden werd. De data werd quantum-versleuteld verzonden over een afstand van 7500 km. Destijds sprak het hoofd van het CAS, de Chinese Academie van Wetenschappen die het project beheert, met een collega in Oostenrijk.
In juli 2022 lanceerde China zijn tweede quantumsatelliet, een ‘nano’ type satelliet, die slechts zo’n 80 kg woog, een fractie van de Micius. Na een maand ging de satelliet operationeel. Het doel van dit tweetal was de haalbaarheid aantonen van de zogenoemde ‘quantumsleuteldistributietechnologie’ in de ruimte (elk QKD-netwerk gebruikt verstrengelde deeltjes om een bericht te versleutelen. Elke poging om te decoderen zal het bericht fysiek veranderen en de ontvanger waarschuwen, dankzij de wetten van de quantumfysica.) Het tweetal werd gelanceerd naar een lage aardebaan en voerde, in real-time, de ‘QKD’ experimenten uit, tussen de satellieten en de verschillende grondstations. China streeft met zijn netwerk van quantumcommunicatiesatellieten vooralsnog naar 100 gebruikers en een wereldwijde dekking.

Het algemene doel van China voor de bouw van het quantumcommunicatie satellietnetwerk is om de nationale informatiebeveiliging te bevorderen. Lees meer hierover o.a. ook in deze Astroblog, waarin Leo Kouwenhoven (TUDelft), zich over QKD, en de implicaties voor de ruimtevaart uitlaat.

Pan en zijn team presenteerde meer recent nog over Micius. In Nature, verscheen op 15 juni 2020 dit wetenschappelijk artikel over Micius. Hoewel een mijpaal bleek Micius niet compleet tegen hacking bestand. Micius zelf was het zwakke punt; de satelliet ‘kende’ de sequenties van fotonen, of sleutels, voor elke locatie, evenals een gecombineerde sleutel voor decodering. Om dit probleem op te lossen, zorgde Pan e.a. ervoor dat Micius niets zou ‘weten’. De kunst was om de satelliet niet als communicatierelais te gebruiken, in plaats daarvan vertrouwde het team Micius slechts voor wat betreft het gelijktijdig verzenden van een paar geheime sleutels om twee grondstations in China, die zo’n 1120 km van elkaar verwijderd waren, in staat te stellen een directe verbinding tot stand te brengen. Pan merkte op: “We hoeven de satelliet niet te vertrouwen. Dus de satelliet kan door iedereen worden gemaakt – zelfs door je vijand.”

Pan en zijn team willen een quantumsatelliet in een hogere baan, 10.000 kilometer boven het aardoppervlak, gaan lanceren. Vanaf zulke grote hoogten zou een satelliet meer frequente communicatie kunnen vergemakkelijken tussen grondstations die veel verder van elkaar verwijderd zijn. Zijn doel is om op verstrengeling gebaseerde quantumsleuteldistributie uit te voeren tussen twee grondstations die 10.000 kilometer van elkaar verwijderd zijn. En ook NASA is bezig met deze technologie, het richtte in 2018 het National Space Quantum Laboratory op voor quantumexperimenten in de ruimte. Europa heeft het quantumcommunicatie-infrastructuurprogramma (EuroQCI). 

Eagle-1 (voorheen SAGA), artistieke impressie, Credits; ESA

2024 is ‘quantumkey’ voor ESA en zijn satelliet ‘Eagle-1’
Ook ESA stapt in de quantumcommunicatiesatellieten. De satelliet en aanverwante componenten worden onder de paraplu van het Europese EuroqQCI gebracht. In dit programma hebben de Europese Commissie, ESA en een consortium van twintig Europese ruimtevaartbedrijven zitting. Dit programma wordt aangestuurd vanuit het SES in Luxemburg, SES staat voor ‘Société Européenne des Satellites’. Uiteindelijk moet het leiden tot het eerste Europese quantumsatellietsysteem. Ook voor deze Europese alliantie geldt, net als voor China, dat de algemene doelstelling is om een uiterst veilig communicatienetwerk te bouwen. Een netwerk dat blind vaart op quantummechanische principes, waardoor de Europese autonomie op het gebied van cyberbeveiliging en communicatie aanzienlijk wordt vergroot.

En zo zal in 2024 de Eagle-1 quantumcommunicatiesatelliet ‘uitvliegen’. De Eagle-1-satelliet die , net als zijn Chinese tegenhangers Micius en Jinan-1, de haalbaarheid moet gaan aantonen van QKD-technologie in de ruimte. Het satellietsysteem zal gebruik maken van een verbeterde optische grondterminal van het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR) naast een nieuwe optische grondterminal die zal worden ontwikkeld door ISISPACE, een Nederlands bedrijf. De Eagle-1-platformsatelliet zelf wordt gebouwd door het Italiaanse Sitael, en de quantumkey-payload wordt gebouwd door Tesat Spacecom uit Duitsland. Andere ESA-leden die meedoen zijn o.a. Oostenrijk, België, Tsjechië, Italië en Zwitserland. De Eagle-1-satelliet wordt gelanceerd in 2024 en zal daarna drie jaar testen uitvoeren. Bronnen; ESA, SCMP, GlobalTimes, Nature, NASA, CAS, ISISPACE/Speqtre
Share

Speak Your Mind

*