作者:甘晓 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/2/2 21:31:15
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“张衡一号”:高科技打造地震立体观测天基平台

 

公元134年12月的一天,位于洛阳的候风地动仪上突然发动,一颗铜球缓缓从龙机口中吐出,掉进蟾蜍的嘴里。几天后,甘肃天水一带的人快马来报,证实前几天陇西发生了地震。由张衡发明的地动仪先于西方国家用仪器记录地震的历史约1800年,开创了世界地震勘测研究的先河。

张衡对地震科学的影响一直持续到今天。2月2日15时51分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空,卫星顺利进入预定轨道。此次任务还搭载发射了“少年星一号”、NewSat-4/5等六颗国内外的微小卫星。“张衡一号”的成功发射使我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。

研究地震的新视角

科学家通过卫星对地震监测的兴趣由来已久。上世纪70年代末期起,我国就陆续利用光学遥感影像解译线性构造,利用GPS监测地壳形变,利用红外遥感信息监测地震前兆温度变化。上世纪90年代中期,干涉雷达技术逐渐发展,干涉雷达技术应用于地震形变研究,开创了地震监测新理论与新技术。

从原理上看,地震前岩石在地应力作用下的摩擦产生电磁辐射、切割磁力线导致地球磁场扭曲。已有大量统计结果证明,空间电磁扰动与地震发生具有明显的相关性。

“科学家在统计上发现,6、7级地震发生前电磁电离层的确会发生变化。”张衡一号卫星工程首席科学家、副总师、中国地震局地壳应力研究所总工申旭辉说,“但这些变化和地震发生并不是一一对应的关系。”并且,太阳风和宇宙射线对电磁电离层的影响远超过地震,地震与电磁电离层之间的关系还需要更详实的科学研究。

为此,我国于2003年启动“张衡一号”卫星规划论证。2009年,许绍燮等8位院士向中央致信,工程立项论证得到启动。“构建空间电磁监测体系对研究地震机理与空间电磁扰动的耦合关系、探索地震预测新方法至关重要。”国防科工局系统工程司副司长赵坚强调。

多项创纪录高科技

据航天科技集团五院航天东方红卫星有限公司总监周峰介绍,张衡一号卫星是该公司研制小卫星中载荷种类、数量最多的卫星。“经过大量设计和验证,这些需求各异的载荷才能在同一颗卫星上和谐相处。”他说。

张衡一号卫星搭载3类8种有效载荷。其中,电磁场有效载荷包括高精度磁强计、电场探测仪等,电离层原位参数测量有效载荷包括等离子体分析仪、朗缪尔探针等,电离层结构层析成像载荷包括GNSS掩星接收机等。

为开展行星及行星际磁场测量,卫星基于航天东方红有限公司自主研发的CAST2000平台进行设计,首次开发了磁洁净度达到0.33纳特的磁洁净卫星平台,弥补了我国天基科学探测发展的短板。

同时,卫星平台为将有效载荷展开至远离星体的位置首次研制了超高收纳比的伸杆机构。“新研制的卷筒式伸杆机构收拢时只有手掌大小,展开后长度达到约5米,收纳比39,达到国际领先水平。”周峰介绍。伸杆机构的使用使星上探测载荷之间的距离由不到2米延展至超过10米,创造了国内小卫星伸展载荷新纪录。

直面地震预测科学难题

张衡一号卫星在轨期间将获得大量数据产品。申旭辉介绍,张衡一号卫星获得的标准数据产品包括空间电场、磁场分频段波形和频谱数据,电离层等离子体原位电子、离子温度和密度数据等。同时将获得电磁场和电离层监测跟踪数据产品,全球地磁场、电离层模型和区域增强模型产品等。

中国国家航天局牵头组建了电磁监测试验卫星计划国际科学委员会,委员会各成员国的科学工作者都可按规定,研究和使用该卫星的数据。

在科学家看来,利用电磁监测试验卫星尚不能直接预测预报地震,地震预报仍是世界难题。“但不意味着我们什么都不能做。”申旭辉表示,“科学家能通过卫星获取的数据开展地震前兆信息研究,为未来建立地震监测体系进行前期技术储备。”

同时,国防科工局也在紧密部署张衡二号卫星,进一步提升对地震的科学观测。

 
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