فراونهوفر في معرض باريس الجوي 2025
قمر صناعي صغير للاتصالات الكمومية
تشارك مؤسسة فراونهوفر في معرض باريس الجوي 2025 – أكبر فعالية أوروبية في مجال الطيران والفضاء، والذي يُنظم كل عامين – من خلال استعراض أحدث ابتكاراتها، وعلى رأسها مشروع "" CubEniK
القمر الصناعي الصغير، الذي لا يتجاوز حجمه حجم صندوق أحذية، صُمم خصيصًا لتوفير اتصالات كمومية آمنة للغاية من الفضاء. ويتميز باحتوائه على مصدر فوتونات مدمج ومؤهل للاستخدام الفضائي، قادر على توليد ملايين أزواج الفوتونات المتشابكة في الثانية، مما يتيح نقل المفاتيح الكمومية بين محطتين أرضيتين تفصل بينهما مسافة تصل إلى 300 كيلومتر.
يستهدف هذا المشروع الجهات الحكومية والمؤسسات التي تتطلب أعلى معايير الأمان في الاتصالات، بالإضافة إلى الشركات التي تعتمد على بنية تحتية آمنة لنقل البيانات. وتحت إشراف معهد فراونهوفر للبصريات التطبيقية والميكانيكا الدقيقة (IOF)، يتم تطوير الحمولة العلمية للقمر الصناعي بالتعاون مع شركتي Quantum Optics Jena وSPACEOPTIX، ضمن جهود مشتركة لتعزيز قدرات الاتصالات الكمومية في المستقبل القريب.
مزايا نقل الأقمار الصناعية
يُقدّم نقل المفاتيح الكمومية عبر الأقمار الصناعية ميزة حاسمة مقارنة بالأنظمة الأرضية. فبينما يمكن نقل أزواج الفوتونات المتشابكة على الأرض باستخدام شبكات الألياف الضوئية، إلا أن مدى هذه الشبكات يظل محدودًا، ولا يتجاوز عادةً 200 كيلومتر. ويعود ذلك إلى استحالة تقوية المفاتيح الكمومية بنفس الطريقة التي تُستخدم مع الإشارات التقليدية، مما يجعل التوسع إلى مسافات أطول أمرًا بالغ الصعوبة. ومن هنا تنشأ الحاجة الملحّة إلى حلول بديلة تتيح تغطية مسافات أكبر — بل وتأسيس شبكات كمومية عالمية في المستقبل. وتتمثل إحدى أبرز هذه الحلول في استخدام الأقمار الصناعية لنقل المفاتيح الكمومية من الفضاء، حيث تتيح بيئة الفضاء الحر مسارات أطول وأكثر استقرارًا للإشارات الكمومية.
في حال كان القمر الصناعي صغيرًا للغاية؟
استجابةً لهذا التحدي، قام تحالف من المؤسسات بقيادة معهد فراونهوفر للبصريات التطبيقية والميكانيكا الدقيقة (IOF) في مدينة جينا بتطوير حمولة ضوئية مدمجة للغاية تناسب الأقمار الصناعية المصغّرة، المعروفة باسم CubeSat. يوضح د. إريك بيكيرت، رئيس قسم الأنظمة والمكوّنات البصرية الميكاترونية في المعهد: "تمكّن فريقنا من تصميم نظام CubEniK بحيث يمكن دمجه ضمن قمر صناعي من فئة CubeSat 16U".
ويُضيف د. إريك موضحًا: "يعني هذا عمليًا أن نظامنا الكامل، والمخصص لنقل المفاتيح الكمومية عبر الفضاء، يمكن احتواؤه داخل هيكل لا يتجاوز أبعاده 20 × 20 × 40 سم، ما يجعله أصغر نظام من نوعه على الإطلاق حتى الآن."
هيكل القمر الصناعي وتقنية التوجيه الدقيقة
بالإضافة إلى تلسكوبين يعتمدان على تقنية قياسية من SPACEOPTIX، يتكوّن نظام CubEniK أيضًا من وحدة ضبط دقيق (Fine Pointing Assembly – FPA) ومقرنة ألياف، ووحدة تتبع شعاع (Coarse Pointing Assembly – CPA)، والتي يتم وضعها في مساحة إضافية مخصصة ضمن غلاف التلسكوب. يشرح دانيال هاينيج، الباحث في معهد فراونهوفر والمشرف على المشروع في قسم التقنيات المستقبلية بالمعهد: "تُستخدم وحدتا FPA وCPA لتوجيه الشعاع المُرسل بدقة إلى المحطات الأرضية وتثبيت هذا الاتصال." "ويتم توجيه الشعاع باستخدام مرآة مائلة يتم التحكم فيها بواسطة ضغط دقيق، بالإضافة إلى منشورين إسفينيين دوّارين مدمجين ضمن وحدة CPA، حيث يمكنهما إمالة الشعاع بزاوية تصل إلى 11 درجة."
وبالتالي، يمكن للقمر الصناعي الذي يحتوي على هذا النظام أن يوجه نفسه بدقة فائقة نحو المحطات الأرضية، مما يعزز دقة الاتصال وكفاءته في البيئات الفضائية المعقدة.
