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“张衡一号”巡天遥探“地动”
2018-02-05 科技日报

捕捉空间电磁波的“涟漪”

“张衡一号”巡天遥探“地动”

  地球周围有着一层薄薄的“壳”——空间等离子体环境。从某种程度上说,等离子体态物质就像水,当受到地壳运动、人类活动等影响时,电磁波会如同涟漪般,在等离子体环境里传播。

  近些年,科学家发现地震也会对空间等离子体环境中的电磁场产生影响,有些影响甚至可能出现在地震发生前。因此,科学家希望通过研究空间等离子体变化与地震活动的关联规律,探索如何攻克“地震预报”这一千年难题。我国首颗观测与地震活动相关电磁信息的卫星“张衡一号”应运诞生。

  2月2日15时51分,“张衡一号”发射升空。国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍,该卫星并不能直接预测预报地震,而主要用于地震前兆信息研究,为未来建立地震监测体系进行前期技术储备。

  作为我国首个天基地震电磁综合观测平台,“张衡一号”开辟了我国地震监测研究的新视角,是我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑。同时它也集合了多项航天技术创新成果。

  “上帝视角”:填补国内地震监测空白

  受自然环境条件限制,目前我国以青藏高原为主的近200万平方公里陆地面积缺乏地震前兆监测能力,在国境线和约300万平方公里的海域,地震监测能力也几乎为零。“张衡一号”的发射入轨,将迅速填补上述空白。

  赵坚介绍,除了为地震电磁立体观测提供更多种类、更加海量的电磁类信息,“张衡一号”投入使用后还将带动其他空间信息技术在防震减灾领域的应用,加快地震立体观测体系建设,提高地震监测能力。利用该卫星获取的数据,可以提高地球物理场反演能力,自主建立全球基本地球物理场模型,取得具有自主知识产权的研究成果。

  目前,国防科工局正会同有关部委推动电磁监测卫星(02星)的论证工作,该卫星计划于2020年发射。

  灵敏探测:如同千米巨浪中辨水滴

  要从太空探地震,“张衡一号”的主要载荷,是中国航天科技集团五院510所研制的电场探测仪,用于探测卫星轨道环境空间电场。这是目前国际上运行在太阳同步轨道功能配置最全的空间电场探测仪器。

  为了感知空间三维电场,探测仪通过伸杆向卫星本体外伸出4个传感器,如同4个灵敏的“触角”。每个触角都能准确感知周围等离子体环境电势,两触角间电势差与距离的商,就是两触角方向的电场,多组不共面方向的电场便能换算出空间三维电场。记者了解到,这些探测器灵敏度极高,可以探测到非常微小的等离子体电势变化,相当于在数千米高的巨浪浪尖,分辨一粒小水珠。

  在卫星内部,有着探测仪的“大脑”——信号处理单元。这台高灵敏电子学测量设备,能把触角探测到的微小波动细分成十几个通道,通过进一步精细处理,变成数字量,分成频谱,再传输到地面,供科学家研究。

  高磁洁净度:不到地球磁场强度的十万分之一

  “张衡一号”运行在500公里高度的太阳同步轨道,在近地轨道地球磁场很强大的情况下,要精确探测电离层的微弱变化,需要卫星“隐身”在电离层里。这对卫星本体的电磁洁净度提出了极高要求。

  根据工程要求,卫星本体磁性对磁场测量影响不确定性要控制在0.5纳特斯拉以内,这相当于地球表面磁场强度的十万分之一。航天科技集团五院东方红卫星公司研制团队对自主研发的CAST2000卫星平台进行了改进,让“张衡一号”的整星磁洁净度达到了0.33纳特斯拉。

  此前在轨运行的高磁洁净度卫星全部由国外研制。“张衡一号”不仅拥有了独一无二的高磁洁净度特性,也成为了我国第一代磁洁净卫星平台,弥补了我国天基科学探测领域发展的一大短板,对后续空间电磁场探测任务的发展具有重要意义。

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