揭秘“張衡一號”

我國首顆電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星發(fā)射成功——

揭秘“張衡一號”

2月2日15時51分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星“張衡一號”發(fā)射升空，進入預定軌道。新華社發(fā)（汪江波攝）

2月2日15時51分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星“張衡一號”發(fā)射升空，順利進入預定軌道……

“張衡一號”是我國首顆觀測與地震活動相關(guān)電磁信息的衛(wèi)星，也是國家地球物理場探測衛(wèi)星計劃的首發(fā)星。

是我國構(gòu)建天空地一體化地震立體監(jiān)測體系的重要里程碑

中國地震局局長鄭國光介紹說，“張衡一號”是我國全新研制的科學試驗衛(wèi)星，主要用于地球物理場探測和研究。通過監(jiān)測全球空間電磁場、電離層等離子體、高能粒子沉降等物理現(xiàn)象，為地震機理研究、空間環(huán)境監(jiān)測和地球系統(tǒng)科學研究提供新的技術(shù)手段，為研究地震電磁電離層信息特征及機理提供新的途徑，是我國構(gòu)建天空地一體化地震立體監(jiān)測體系的重要里程碑。

國防科工局系統(tǒng)工程司副司長趙堅告訴記者：“衛(wèi)星具有覆蓋范圍廣、電磁環(huán)境好、動態(tài)信息強、無地域限制等優(yōu)勢，使用衛(wèi)星進行地球電磁環(huán)境的研究能夠從更大的尺度上提高對地震孕育發(fā)生規(guī)律的研究和認識，彌補常規(guī)地面地震監(jiān)測手段的不足?！苯y(tǒng)計結(jié)果表明，空間電磁擾動與地震發(fā)生具有明顯的相關(guān)性，構(gòu)建空間電磁監(jiān)測體系對研究地震機理與空間電磁擾動的耦合關(guān)系、探索地震預測新方法有著重要意義。

衛(wèi)星工程首席科學家、中國地震局地殼應力研究所總工申旭輝介紹說，我國境內(nèi)地震分布廣、強度大、震源淺，是世界上大陸地震活動最強烈、災害最嚴重的國家之一。我國高度重視利用衛(wèi)星技術(shù)進行空間電磁擾動監(jiān)測、開展地震相關(guān)研究， 2009年就開展了電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星的論證工作，2013年8月，該工程正式立項，歷經(jīng)5年研制才取得圓滿成功。

搭載8種有效載荷，建造全球電磁場和電離層監(jiān)測平臺

趙堅介紹說，電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星將運行于高度500千米左右的太陽同步軌道上，衛(wèi)星總重量約730千克，設計壽命為5年，衛(wèi)星本體呈立方體構(gòu)型，裝載高精度磁強計、感應式磁力儀、電場探測儀、高能粒子探測儀等8種科學探測有效載荷，可實現(xiàn)在低地球軌道對空間電磁場、電離層等離子體、高能粒子的監(jiān)測。

申旭輝介紹說，“張衡一號”衛(wèi)星是我國地震立體觀測體系的第一個天基平臺，旨在建造全球電磁場和電離層監(jiān)測平臺，對中國及其周邊地區(qū)開展電離層多種物理量動態(tài)準實時監(jiān)測；開展全球7級、中國6級以上地震電磁信息分析研究，探索地震電離層響應變化的信息特征及其機理，為地震觀測研究提供有價值的信息；研究地球系統(tǒng)特別是電離層與其它相關(guān)圈層相互作用及其效應，向航空航天、導航通信等相關(guān)領(lǐng)域提供空間電磁環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)應用服務。

趙堅介紹，“張衡一號”每5天實現(xiàn)對地球上同一地點的重訪，衛(wèi)星觀測區(qū)域可覆蓋地球南北緯65°內(nèi)的區(qū)域，重點觀測區(qū)域覆蓋我國陸地全境和陸地周邊約1000千米區(qū)域以及全球兩個主要地震帶。

鄭國光表示，“張衡一號”的發(fā)射運行具有重要的科學意義。首先是獲取全球地磁場和電離層環(huán)境及其變化信息，填補相關(guān)研究領(lǐng)域的空白，支撐構(gòu)建全球地磁場和電離層模型，有助于我們進一步了解地震孕育發(fā)展規(guī)律；其次是基于天基觀測優(yōu)勢，提升我國全境電磁場和電離層監(jiān)測能力，填補地面觀測臺網(wǎng)在青藏高原和海域地區(qū)觀測不足。此外，還為空間天氣預警、通信導航環(huán)境監(jiān)測、空間物理和地球物理研究提供重要數(shù)據(jù)支持，服務于基礎科學研究。同時也顯著提升我國在地球物理場研究領(lǐng)域的國際影響力。

“這顆衛(wèi)星的發(fā)射和投入使用，將使我國首次具備全疆域和全球三維地球物理場動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)能力，使我國成為世界上擁有在軌運行多載荷、高精度地球物理場探測衛(wèi)星的少數(shù)國家之一?！壁w堅自豪地說。

電磁監(jiān)測衛(wèi)星要求高，衛(wèi)星研制達國際先進水平

“張衡一號”在技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)造了我國衛(wèi)星研制領(lǐng)域的多項首次，總體技術(shù)指標達到國際先進水平，部分技術(shù)指標達到國際領(lǐng)先水平。

這其中，最難攻克的就是衛(wèi)星對電磁潔凈度的要求。“衛(wèi)星在近地軌道地球磁場很強大的情況下，要精確探測地球磁場的細微變化，對衛(wèi)星本體的電磁潔凈度提出非常高的要求。”趙堅介紹說，衛(wèi)星本體磁性對磁場測量影響不確定性需控制在0.5納特，相當于地球表面磁場強度的十萬分之一。

“張衡一號”衛(wèi)星試驗隊控制分系統(tǒng)主任設計師李貴明告訴記者：“控制系統(tǒng)為了達到這一要求，衛(wèi)星平臺的各個單機、系統(tǒng)都進行了無磁化的更改。比如，去掉了有磁的紅外地球敏感器，整個飛行程序都要改變；再比如，無磁化要求太陽能帆板不能轉(zhuǎn)動，但為了保證衛(wèi)星能源，又必須讓帆板對日，如何找到平衡點，團隊想了很多辦法?！?/p>

負責衛(wèi)星抓總研制的中國航天科技集團五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司總監(jiān)周峰介紹說，目前在軌運行的高磁潔凈度衛(wèi)星全部由國外研制，我國經(jīng)過艱苦攻關(guān)，衛(wèi)星整星磁潔凈度達到了0.33納特，實現(xiàn)了國內(nèi)低軌道衛(wèi)星磁潔凈度控制的最好水平，達到國際先進水平。

“讓儀器載荷離衛(wèi)星本體遠一點，既是低磁化的要求，也能提高有效載荷探測精度?！?周峰說，這次衛(wèi)星采用的卷筒式伸桿機構(gòu)，收攏時只有手掌大小，展開后長度約5米?！斑@是國內(nèi)首次自主研制的具有輕質(zhì)、低磁、一維展開特點的卷筒式伸桿機構(gòu)，伸桿指向精度、展開狀態(tài)基頻等關(guān)鍵性能指標達到國際先進水平?！?/p>

“張衡一號”的首次還有不少。比如，國內(nèi)首次實現(xiàn)在軌精確磁場探測，衛(wèi)星裝載的高精度磁強計、感應式磁力儀載荷，填補了我國在近地磁場精確探測領(lǐng)域的空白，達到國際先進水平，使我國第一次有望獲取十分寶貴的全球地磁場數(shù)據(jù)。再如，首次實現(xiàn)高精度電離層電子、離子原位探測等等。

電磁監(jiān)測衛(wèi)星02星正在論證，將繼續(xù)加大空間科學衛(wèi)星發(fā)展力度

“張衡一號”衛(wèi)星上安裝有意大利提供的高能粒子探測器和奧地利提供的絕對磁場校準裝置，其中，意大利載荷與中方研制的高能粒子探測器互為補充，聯(lián)合完成空間高能粒子的探測；奧地利載荷為中方研制載荷的矢量磁場探測數(shù)據(jù)提供標量的校準。

趙堅介紹說，2011年11月，中國國家航天局與意大利航天局簽署了《中國國家航天局和意大利航天局關(guān)于和平利用外空的協(xié)議》，明確了電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星的合作事項。2013年9月，中國國家航天局與意大利航天局簽署《中國國家航天局與意大利空間局關(guān)于中國電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星合作的諒解備忘錄》。中意雙方多次召開雙邊工作組會議，明確后續(xù)載荷研制與數(shù)據(jù)處理工作的合作內(nèi)容與計劃、衛(wèi)星數(shù)據(jù)國際合作政策。

據(jù)介紹，為充分發(fā)揮衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用效能，遵循公開共享的原則，中國國家航天局會同中國地震局已制定電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星的數(shù)據(jù)國際合作政策。同時，中國國家航天局已牽頭組建電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星計劃國際科學委員會，國際科學委員會各成員國的科學工作者都可按規(guī)定，研究和使用該衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，共同加強人類對地球和宇宙的認識，造福世界各國人民。

隨著“張衡一號”的成功發(fā)射，趙堅透露：國防科工局正在會同中國地震局、發(fā)改委、財政部加快推動電磁監(jiān)測衛(wèi)星（02星）論證工作，并深化與意大利航天局的進一步合作；后續(xù)還將規(guī)劃安排電磁、重力梯度等地球物理場探測科學衛(wèi)星持續(xù)發(fā)展。（記者馮 華）