張衡一號：天基測震顯神通

2008年5月12日14時28分04秒，天搖地動、山河破碎、舉國同悲，八方馳援、眾志成城、巍然挺立，這就是中國人刻骨銘心的四川汶川大地震。而今，那一刻已經過去近10個年頭，中國人民完成了鳳凰涅槃、浴火重生的壯舉。

作為歷史上屢受地震之災的國度，中國一直致力於對地震科學的研究：古有東漢張衡發明的地動儀，今有剛剛發射入軌的旨在探測地震電磁電離層信息的衛星「張衡一號」，以期尋覓到與地震相關的蛛絲馬跡，揭示地震發生的內在機理，達到防災減災的目的。

九天之上  求解更接地氣

地震是地殼快速釋放能量過程中造成的振動。按照常理，人們研究地震，如果不是從研究地殼內部入手，向地下鑽探，通過在地層深處放置探測設備等措施，至少也應該立足於地面。為什麼要「捨近求遠」，依靠運行在500公里高度的太陽同步軌道上的衛星呢？這恐怕是很多人對「張衡一號」探測地震信息產生的最大疑問之一。

誰想捨近求遠呢？科學家如果能夠近距離對地震進行有效研究，誰也不想大費周折發射衛星。「張衡一號」衛星工程首席科學家兼副總師、中國地震局地殼應力研究所總工程師申旭輝介紹說，地震往往發生在地下數十公里處，人類目前的最大鑽探深度遠遠不及此。看不見，夠不著，正是地震研究面臨的現實困難。

地震發生前，地球岩石的摩擦破裂會產生電磁波，這些電磁波會往大氣層傳播；地殼運動會切割磁力線，造成磁力線的扭曲。因此，電磁是科學家進行地震研究的重要手段。申旭輝說，正是基於上述思路，我國研發了多種地面地震電磁觀測技術，建成了大規模的地震電磁監測台網。但是，由於受條件限制，地面監測台網在自然條件惡劣地區和海域地區缺乏必要的觀測能力，對地震預測預報研究迫切需要的三維地球物理場動態的監測能力不足；同時，由於破壞性地震、尤其是重特大地震事件發生的小概率特性，再加上地面覆蓋範圍相對較小，難以獲取足夠地震震例。

建立電磁衛星觀測系統，獲取全球破壞性地震震例，是進行地震科學研究的必要手段。「張衡一號」由此應運而生。申旭輝說，該衛星每年可以收集到全球10多次7級以上地震和150次左右6級地震。衛星監測一年的信息量，地面監測需要20多年，能夠幫助科學家提高對地震孕育發生規律的認識。

魔幻觸角  消磁測磁兩相宜

「張衡一號」是1.4米見方的立方星，重量約700公斤。從這些指標來看，它的確平淡無奇，但是，從外形來看，的確特色非常鮮明，除了伸展的單片太陽能板之外，還有6條長長的「觸角」即衛星伸桿，這也使其成為中國已發射的衛星中，「觸角」最多的。而其高技術含量在很大程度上就體現在這長長的「觸角」中。

據衛星研製方航天東方紅衛星有限公司總監周峰介紹，「張衡一號」多伸桿機構衛星在軌有效應用，極大突破了衛星本體尺寸對載荷探測需求的約束，把星上探測載荷之間的距離由不到2米大幅延展到超過10米，而這樣做正是適應衛星載荷功能協調，達到衛星磁潔凈度指標的必然要求。

「張衡一號」集中了電場、磁場、等離子體、高能粒子等多種有效載荷。為準確獲取全球空間電磁場、電磁波、電離層等離子體、高能粒子沉降等科學數據，衛星在軌磁場測量總誤差要求保持極低水平。中國科學家一方面採取減少磁性材料使用量等手段；另一方面設計出「超級伸桿」，把磁場探測器安裝到頂部，儘可能減少磁場干擾。這些努力使得「張衡一號」 的磁強計靈敏度達到可以分辨出背景磁場五百萬分之一的信號。對此，衛星總指揮兼總設計師袁仕耿打了個比方：相當於感知一隻蚊子落在人身上產生的重量。

「張衡一號」的「觸角」堪稱魔幻，一方面，它展開後達到近5米而收攏時僅有手掌大小；另一方面它形態變化具有超穩定性，即使經歷從零下100攝氏度到零上100攝氏度極大的溫度交變，其承載的有效載荷位置變化不大於一枚硬幣厚度。

攜手同行  造福同一個地球

對國際上電磁監測實驗衛星的發展，申旭輝介紹說，從20世紀90年代以來，隨著空間探測技術在地球科學中的應用發展，國際上一些國家開始利用包括電磁、GPS等在內的衛星技術進行地震監測研究，其中，電磁監測衛星作為研究地球電磁環境的重要手段，在地震監測預測研究方面具有廣闊的應用前景。2004年，法國發射了專門用於地震監測的 DEMETER衛星，觀測到了較為明顯的震前電磁擾動信息。俄羅斯、歐空局的相關衛星也為電離層地震前兆觀測研究積累了更多的觀測數據和經驗。

中國科學家在上世紀末開始了衛星預報地震的研究和應用，並取得初步成果。2013年，中國電磁監測試驗衛星工程經國務院批准立項，經過3年多攻關，到2016年完成初樣研製並轉入正樣研製階段。關於「張衡一號」的性能，申旭輝表示，其搭載了感應式磁力儀、高精度磁強計、電場探測儀等8種載荷，填補了中國在近地磁場精確探測領域的空白，達到國際先進水平。

在對地觀測效率方面，「張衡一號」每5天實現對地球上同一地點的重訪；就覆蓋區域而言，衛星觀測到地球南北緯65°內的廣闊範圍，重點觀測區域覆蓋我國陸地全境和陸地周邊約1000千米區域以及全球兩個主要地震帶。據悉，「張衡二號」已經通過可研評估，預計2020年發射，屆時，中國地震立體觀測體系的第一個專用天基平台功能將更為強大。

「張衡一號」的優異性能既是中國科學家多年努力攻關的結果，又是國際合作的產物，其8大載荷之一的高能粒子探測器就來自義大利，而作為重要合作方代表，義大利航天局局長巴蒂斯通親臨發射現場，並對「張衡一號」未來的表現充滿期待，他說，這是一顆配備良好、致力於獲取空間探測和地震活動之間關聯性的衛星，它將成為地震科學研究的重要貢獻者。

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