“張衡一號(hào)”巡天遙探“地動(dòng)”

地球周?chē)兄粚颖”〉?ldquo;殼”——空間等離子體環(huán)境。從某種程度上說(shuō)，等離子體態(tài)物質(zhì)就像水，當(dāng)受到地殼運(yùn)動(dòng)、人類(lèi)活動(dòng)等影響時(shí)，電磁波會(huì)如同漣漪般，在等離子體環(huán)境里傳播。

近些年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地震也會(huì)對(duì)空間等離子體環(huán)境中的電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，有些影響甚至可能出現(xiàn)在地震發(fā)生前。因此，科學(xué)家希望通過(guò)研究空間等離子體變化與地震活動(dòng)的關(guān)聯(lián)規(guī)律，探索如何攻克“地震預(yù)報(bào)”這一千年難題。我國(guó)首顆觀測(cè)與地震活動(dòng)相關(guān)電磁信息的衛(wèi)星“張衡一號(hào)”應(yīng)運(yùn)誕生。

2月2日15時(shí)51分，“張衡一號(hào)”發(fā)射升空。國(guó)防科工局系統(tǒng)工程司副司長(zhǎng)趙堅(jiān)介紹，該衛(wèi)星并不能直接預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震，而主要用于地震前兆信息研究，為未來(lái)建立地震監(jiān)測(cè)體系進(jìn)行前期技術(shù)儲(chǔ)備。

作為我國(guó)首個(gè)天基地震電磁綜合觀測(cè)平臺(tái)，“張衡一號(hào)”開(kāi)辟了我國(guó)地震監(jiān)測(cè)研究的新視角，是我國(guó)構(gòu)建天空地一體化地震立體監(jiān)測(cè)體系的重要里程碑。同時(shí)它也集合了多項(xiàng)航天技術(shù)創(chuàng)新成果。

“上帝視角”：填補(bǔ)國(guó)內(nèi)地震監(jiān)測(cè)空白

受自然環(huán)境條件限制，目前我國(guó)以青藏高原為主的近200萬(wàn)平方公里陸地面積缺乏地震前兆監(jiān)測(cè)能力，在國(guó)境線和約300萬(wàn)平方公里的海域，地震監(jiān)測(cè)能力也幾乎為零。“張衡一號(hào)”的發(fā)射入軌，將迅速填補(bǔ)上述空白。

趙堅(jiān)介紹，除了為地震電磁立體觀測(cè)提供更多種類(lèi)、更加海量的電磁類(lèi)信息，“張衡一號(hào)”投入使用后還將帶動(dòng)其他空間信息技術(shù)在防震減災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用，加快地震立體觀測(cè)體系建設(shè)，提高地震監(jiān)測(cè)能力。利用該衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)，可以提高地球物理場(chǎng)反演能力，自主建立全球基本地球物理場(chǎng)模型，取得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。

目前，國(guó)防科工局正會(huì)同有關(guān)部委推動(dòng)電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星(02星)的論證工作，該衛(wèi)星計(jì)劃于2020年發(fā)射。

靈敏探測(cè)：如同千米巨浪中辨水滴

要從太空探地震，“張衡一號(hào)”的主要載荷，是中國(guó)航天科技集團(tuán)五院510所研制的電場(chǎng)探測(cè)儀，用于探測(cè)衛(wèi)星軌道環(huán)境空間電場(chǎng)。這是目前國(guó)際上運(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道功能配置最全的空間電場(chǎng)探測(cè)儀器。

為了感知空間三維電場(chǎng)，探測(cè)儀通過(guò)伸桿向衛(wèi)星本體外伸出4個(gè)傳感器，如同4個(gè)靈敏的“觸角”。每個(gè)觸角都能準(zhǔn)確感知周?chē)入x子體環(huán)境電勢(shì)，兩觸角間電勢(shì)差與距離的商，就是兩觸角方向的電場(chǎng)，多組不共面方向的電場(chǎng)便能換算出空間三維電場(chǎng)。記者了解到，這些探測(cè)器靈敏度極高，可以探測(cè)到非常微小的等離子體電勢(shì)變化，相當(dāng)于在數(shù)千米高的巨浪浪尖，分辨一粒小水珠。

在衛(wèi)星內(nèi)部，有著探測(cè)儀的“大腦”——信號(hào)處理單元。這臺(tái)高靈敏電子學(xué)測(cè)量設(shè)備，能把觸角探測(cè)到的微小波動(dòng)細(xì)分成十幾個(gè)通道，通過(guò)進(jìn)一步精細(xì)處理，變成數(shù)字量，分成頻譜，再傳輸?shù)降孛妫┛茖W(xué)家研究。

高磁潔凈度：不到地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的十萬(wàn)分之一

“張衡一號(hào)”運(yùn)行在500公里高度的太陽(yáng)同步軌道，在近地軌道地球磁場(chǎng)很強(qiáng)大的情況下，要精確探測(cè)電離層的微弱變化，需要衛(wèi)星“隱身”在電離層里。這對(duì)衛(wèi)星本體的電磁潔凈度提出了極高要求。

根據(jù)工程要求，衛(wèi)星本體磁性對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量影響不確定性要控制在0.5納特斯拉以?xún)?nèi)，這相當(dāng)于地球表面磁場(chǎng)強(qiáng)度的十萬(wàn)分之一。航天科技集團(tuán)五院東方紅衛(wèi)星公司研制團(tuán)隊(duì)對(duì)自主研發(fā)的CAST2000衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)，讓“張衡一號(hào)”的整星磁潔凈度達(dá)到了0.33納特斯拉。

此前在軌運(yùn)行的高磁潔凈度衛(wèi)星全部由國(guó)外研制。“張衡一號(hào)”不僅擁有了獨(dú)一無(wú)二的高磁潔凈度特性，也成為了我國(guó)第一代磁潔凈衛(wèi)星平臺(tái)，彌補(bǔ)了我國(guó)天基科學(xué)探測(cè)領(lǐng)域發(fā)展的一大短板，對(duì)后續(xù)空間電磁場(chǎng)探測(cè)任務(wù)的發(fā)展具有重要意義。