我國首顆電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功——

揭秘“張衡一號(hào)”

2月2日15時(shí)51分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號(hào)”發(fā)射升空，進(jìn)入預(yù)定軌道。新華社發(fā)（汪江波 攝）

2月2日15時(shí)51分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號(hào)”發(fā)射升空，順利進(jìn)入預(yù)定軌道……

“張衡一號(hào)”是我國首顆觀測(cè)與地震活動(dòng)相關(guān)電磁信息的衛(wèi)星，也是國家地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)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(cè)體系的重要里程碑

中國地震局局長(zhǎng)鄭國光介紹說，“張衡一號(hào)”是我國全新研制的科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，主要用于地球物理場(chǎng)探測(cè)和研究。通過監(jiān)測(cè)全球空間電磁場(chǎng)、電離層等離子體、高能粒子沉降等物理現(xiàn)象，為地震機(jī)理研究、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和地球系統(tǒng)科學(xué)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(jī)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(cè)體系的重要里程碑。

國防科工局系統(tǒng)工程司副司長(zhǎng)趙堅(jiān)告訴記者：“衛(wèi)星具有覆蓋范圍廣、電磁環(huán)境好、動(dòng)態(tài)信息強(qiáng)、無地域限制等優(yōu)勢(shì)，使用衛(wèi)星進(jìn)行地球電磁環(huán)境的研究能夠從更大的尺度上提高對(duì)地震孕育發(fā)生規(guī)律的研究和認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)常規(guī)地面地震監(jiān)測(cè)手段的不足?！苯y(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，空間電磁擾動(dòng)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(cè)體系對(duì)研究地震機(jī)理與空間電磁擾動(dòng)的耦合關(guān)系、探索地震預(yù)測(cè)新方法有著重要意義。

衛(wèi)星工程首席科學(xué)家、中國地震局地殼應(yīng)力研究所總工申旭輝介紹說，我國境內(nèi)地震分布廣、強(qiáng)度大、震源淺，是世界上大陸地震活動(dòng)最強(qiáng)烈、災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。我國高度重視利用衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行空間電磁擾動(dòng)監(jiān)測(cè)、開展地震相關(guān)研究， 2009年就開展了電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星的論證工作，2013年8月，該工程正式立項(xiàng)，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(chǎng)和電離層監(jiān)測(cè)平臺(tái)

趙堅(jiān)介紹說，電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星將運(yùn)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(shè)計(jì)壽命為5年，衛(wèi)星本體呈立方體構(gòu)型，裝載高精度磁強(qiáng)計(jì)、感應(yīng)式磁力儀、電場(chǎng)探測(cè)儀、高能粒子探測(cè)儀等8種科學(xué)探測(cè)有效載荷，可實(shí)現(xiàn)在低地球軌道對(duì)空間電磁場(chǎng)、電離層等離子體、高能粒子的監(jiān)測(cè)。

申旭輝介紹說，“張衡一號(hào)”衛(wèi)星是我國地震立體觀測(cè)體系的第一個(gè)天基平臺(tái)，旨在建造全球電磁場(chǎng)和電離層監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)中國及其周邊地區(qū)開展電離層多種物理量動(dòng)態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；開展全球7級(jí)、中國6級(jí)以上地震電磁信息分析研究，探索地震電離層響應(yīng)變化的信息特征及其機(jī)理，為地震觀測(cè)研究提供有價(jià)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(yīng)，向航空航天、導(dǎo)航通信等相關(guān)領(lǐng)域提供空間電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。

趙堅(jiān)介紹，“張衡一號(hào)”每5天實(shí)現(xiàn)對(duì)地球上同一地點(diǎn)的重訪，衛(wèi)星觀測(cè)區(qū)域可覆蓋地球南北緯65°內(nèi)的區(qū)域，重點(diǎn)觀測(cè)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(gè)主要地震帶。

鄭國光表示，“張衡一號(hào)”的發(fā)射運(yùn)行具有重要的科學(xué)意義。首先是獲取全球地磁場(chǎng)和電離層環(huán)境及其變化信息，填補(bǔ)相關(guān)研究領(lǐng)域的空白，支撐構(gòu)建全球地磁場(chǎng)和電離層模型，有助于我們進(jìn)一步了解地震孕育發(fā)展規(guī)律；其次是基于天基觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，提升我國全境電磁場(chǎng)和電離層監(jiān)測(cè)能力，填補(bǔ)地面觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)在青藏高原和海域地區(qū)觀測(cè)不足。此外，還為空間天氣預(yù)警、通信導(dǎo)航環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間物理和地球物理研究提供重要數(shù)據(jù)支持，服務(wù)于基礎(chǔ)科學(xué)研究。同時(shí)也顯著提升我國在地球物理場(chǎng)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(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)能力，使我國成為世界上擁有在軌運(yùn)行多載荷、高精度地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星的少數(shù)國家之一?！壁w堅(jiān)自豪地說。

電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星要求高，衛(wèi)星研制達(dá)國際先進(jìn)水平

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

這其中，最難攻克的就是衛(wèi)星對(duì)電磁潔凈度的要求。“衛(wèi)星在近地軌道地球磁場(chǎng)很強(qiáng)大的情況下，要精確探測(cè)地球磁場(chǎng)的細(xì)微變化，對(duì)衛(wèi)星本體的電磁潔凈度提出非常高的要求。”趙堅(jiān)介紹說，衛(wèi)星本體磁性對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量影響不確定性需控制在0.5納特，相當(dāng)于地球表面磁場(chǎng)強(qiáng)度的十萬分之一。

“張衡一號(hào)”衛(wèi)星試驗(yàn)隊(duì)控制分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師李貴明告訴記者：“控制系統(tǒng)為了達(dá)到這一要求，衛(wèi)星平臺(tái)的各個(gè)單機(jī)、系統(tǒng)都進(jìn)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(gè)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(dòng)，但為了保證衛(wèi)星能源，又必須讓帆板對(duì)日，如何找到平衡點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)想了很多辦法?！?/p>

負(fù)責(zé)衛(wèi)星抓總研制的中國航天科技集團(tuán)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(yùn)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(dá)到了0.33納特，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)低軌道衛(wèi)星磁潔凈度控制的最好水平，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

“讓儀器載荷離衛(wèi)星本體遠(yuǎn)一點(diǎn)，既是低磁化的要求，也能提高有效載荷探測(cè)精度。” 周峰說，這次衛(wèi)星采用的卷筒式伸桿機(jī)構(gòu)，收攏時(shí)只有手掌大小，展開后長(zhǎng)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(diǎn)的卷筒式伸桿機(jī)構(gòu)，伸桿指向精度、展開狀態(tài)基頻等關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平?！?/p>

“張衡一號(hào)”的首次還有不少。比如，國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)在軌精確磁場(chǎng)探測(cè)，衛(wèi)星裝載的高精度磁強(qiáng)計(jì)、感應(yīng)式磁力儀載荷，填補(bǔ)了我國在近地磁場(chǎng)精確探測(cè)領(lǐng)域的空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平，使我國第一次有望獲取十分寶貴的全球地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。再如，首次實(shí)現(xiàn)高精度電離層電子、離子原位探測(cè)等等。

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

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

趙堅(jiān)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(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星的合作事項(xiàng)。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(cè)試驗(yàn)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(huì)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(jì)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(yīng)用效能，遵循公開共享的原則，中國國家航天局會(huì)同中國地震局已制定電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)國際合作政策。同時(shí)，中國國家航天局已牽頭組建電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃國際科學(xué)委員會(huì)，國際科學(xué)委員會(huì)各成員國的科學(xué)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(qiáng)人類對(duì)地球和宇宙的認(rèn)識(shí)，造福世界各國人民。

隨著“張衡一號(hào)”的成功發(fā)射，趙堅(jiān)透露：國防科工局正在會(huì)同中國地震局、發(fā)改委、財(cái)政部加快推動(dòng)電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星（02星）論證工作，并深化與意大利航天局的進(jìn)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(chǎng)探測(cè)科學(xué)衛(wèi)星持續(xù)發(fā)展。（記者 馮 華）