我国首颗电磁监测试验星“张衡一号”昨日升空，510所为其配上千里眼

 以世界首台地动仪发明者、我国东汉天文学家张衡名字命名的我国地震立体观测体系天基观测平台首发星——电磁监测试验卫星“张衡一号”，2月2日15时51分从酒泉卫星发射中心顺利升空。

△2月2日15时51分，“张衡一号”发射成功

如果说，“张衡一号”使我国首次具备了全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力，并成为唯一拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测 43 32931 43 14157 0 0 6889 0 0:00:04 0:00:02 0:00:02 6892验卫星的国家；那么，地处兰州的中国航天科技集团五院五一〇所(以下简称510所)的科研人员们，就是为“张衡一号”从天上“看”地震配上“千里眼”的人。他们历时近7年、艰辛备尝研制出的创新成果——高精度空间电场探测仪，是该领域内国内首个实现航天应用的载荷，其部分核心指标居于国际领先水平。记者昨日就此采访了510所副所长王润福、空间探测载荷工程中心副主任王鹢、以及空间探测载荷工程中心技术总监雷军刚等参研科研人员。

 “张衡一号”  太空里的“地动仪”

    510所副所长王润福告诉记者，电磁监测试验卫星“张衡一号”，是我国自主研发建造的首颗地球物理类卫星，是一颗全新试验星，肩负着空间科学探测和对地震等自然现象及灾害监测的双重使命。它将获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子观测数据，对中国及其周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪，弥补地面观测的不足。

    “以往我国监测地震采取了诸多措施，比如释放热气球、在地表甚至地壳层中植入传感器，来监测与地震有关的信号。但以我国如此幅员辽阔的疆域，要完成地面、地表和地壳的全方位、全天候布点监测，任务艰巨。”王润福说，2008年汶川大地震后，学界就曾提出建造电磁监测试验卫星。“张衡一号”是利用天基观测平台在对地观测中“大动态、宽视角、全天候”的优势，从空中“捕捉”到与地震有关的信号。

    王润福进一步解释，地球周围有着一层薄薄的“壳”——空间等离子体环境，这种等离子体态的物质性质在某种程度上与水一样，“受到地壳运动、地面人类活动等影响，其中的电磁波有如水中涟漪，在等离子体环境里传播”。近年来，科学家们发现地震也会对空间等离子体环境的电磁场产生影响，甚至会在地震前就已经开始了影响。所以科学家们希望通过研究空间等离子体变化与地震活动的关联规律，来探索如何攻克“地震预报”这一千年难题。

    “众所周知，地震前会伴随许多现象，比如动物躁动不安、海啸、局部塌陷等等。‘张衡一号’‘站’在距离地面约500公里的圆极地轨道上，‘站’得高、‘看’得远，在太空里‘捕捉’到地壳运动前释放出来的任何异常电磁波信号，识别到任何有关地震信息的蛛丝马迹，将对地震预报、防灾减灾起到重要作用！”

    王润福说，地震预报面临的难题有很多，而地震震例少，仅有的为数不多的震例很难帮助科学家完成数据统计和积累就是其中之一。“张衡一号”的在轨时间是5年，平均90分钟绕地球飞行一圈，升空后的工作在于数据收集和积累，真正预测地震还需要在大量的数据积累和方法理论研发之后逐步推进。

 510所电场探测仪 “可以看清像喜马拉雅山那么高的浪头上的一滴水”

    王润福说，510所研制的高精度空间电场探测仪将于2月5日开机，利用超灵敏传感器直接探测地球上的电磁信号，并对其采集、处理、记录之后，快速天地回传。“然后，技术人员、科学家会对回传的电磁信号数据进行解析，弄清电磁波在什么样的波段以及能量多少，再与地震活动对应关联起来。”

    据510所空间探测载荷工程中心副主任王鹢介绍，在“张衡一号”上，探测磁场扰动的磁场探测仪和510所研制的探测电场扰动的电场探测仪，是两个与地震探测相关的最重要载荷，将与“张衡一号”一起在天上“站岗放哨”５年。“电场、磁场探测仪缺一不可，一个出问题卫星的意义就失去了！”

    510所空间探测载荷工程中心技术总监雷军刚告诉记者，电场探测仪主要由传感器、信号处理单元和复合电缆三部分构成。

    “为了感知到空间三维电场，我们的电场探测仪开机后，会向卫星外伸出４个长达4.5米的传感器，犹如灵敏的触角对地探测等离子体电场信号。就好比在水面放置４个木块，从它们的高低变化，我们可以直观感知水波的立体变化。只不过现在换作了4个高灵敏测量‘球’，可以探测到非常微小的等离子体电势变化，相当于从喜马拉雅山那么高的浪头上分辨出一滴水珠。”雷军刚说。

    为了让每一丝微小波动都能传至“张衡一号”内部，宗朝等510所科研人员研发出了头发丝细但最大可承受60公斤力的电场探测仪复合电缆。“张衡一号”发射前，这些电缆是拉住“触角”的“细绳”；上天后，再通过导电滑环让４根“触角”笔直地伸展出去，就像“触角”的“神经”，把“触角”感受到的每一丝电场波动忠实可靠地传递给探测仪的“信号处理单元”。雷军刚同时告诉记者，“信号处理单元”可以将探测到的微小“波动”细分成十几个通道，进一步精细处理，变成数字量，分成频谱，再依靠卫星强大的通讯能力，把这些科学数据传到地面来，供科学家们研究。

漫漫求索路  电场探测仪研制的台前幕后

    “最初的设想是通过国际合作尽快拥有我国自己的电磁监测卫星，以便尽早从天上监测地震。”王润福说，电磁监测试验卫星项目在我国酝酿多年，但是这一计划因我国当时技术储备不够、国外技术壁垒而延宕。直到2013年，各方面条件日渐成熟，我国电磁监测试验卫星工程项目才正式批准立项。“张衡一号”的设计指标和载荷配置均超过国外同类卫星，这颗试验星之后我国再发射的“张衡”系列卫星将称作“地震星”。

    “对于510所而言，高精度空间电场探测仪是陌生而艰巨的全新科研任务，一切都要从头开始。”王润福说，但510所上上下下“敢啃硬骨头”，顶着巨大压力向当时的国防科工局请缨，主动将这副重担挑在了肩上。510所的研究工作甚至早于国家立项，2011年已经开始。

    雷军刚提起，高精度空间电场探测仪上马时，时间紧，直接越过了预研阶段。而且国家地震局要求达到的指标是超过之前同类卫星的最高水平。最难的莫过于宽频带、大动态范围微弱信号检测，依靠510所科研人员做到了仅次于国际在地面上检测出的精度。另一个难点是没有空间等离子体环境地面模拟设备，不得已得拿去国外做标定，最后国家相关科研单位的科研人员集智攻关，为高精度空间电场探测仪专门研制出一个直径４米、长５米的地面模拟设备。

    510所高精度空间电场探测仪的研制成功，填补了国内空白，精度10倍于国际同类产品，其中对电场分辨率、灵敏度、频带量程等部分主要指标领跑全世界。510所空间探测载荷工程中心主管设计师李世勋说，电场探测仪越灵敏，可以探测到越微弱的电场波动，或可为我国地震预报积累起大量的样本数据库，一定能在若干年后对预报地震发挥积极的作用。

    “近三四年，510所以电场探测仪为开端，已经诞生了许多新的载荷，未来可能在火星探测和小行星探测等我国空间科学探测计划中继续发挥重要作用，探索更多广袤宇宙空间的奥秘和未知。”王润福最后说。

来源：兰州晚报记者何燕

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