“張衡一號”：高科技打造地震立體觀測天基平臺

西元134年12月的一天， 位於洛陽的候風地動儀上突然發動， 一顆銅球緩緩從龍機口中吐出， 掉進蟾蜍的嘴裡。 幾天後， 甘肅天水一帶的人快馬來報，

證實前幾天隴西發生了地震。 由張衡發明的地動儀先於西方國家用儀器記錄地震的歷史約1800年， 開創了世界地震勘測研究的先河。

張衡對地震科學的影響一直持續到今天。 2月2日15時51分， 我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將電磁監測試驗衛星“張衡一號”發射升空， 衛星順利進入預定軌道。 此次任務還搭載發射了“少年星一號”、NewSat-4/5等六顆國內外的微小衛星。 “張衡一號”的成功發射使我國成為世界上少數擁有在軌運行高精度地球物理場探測衛星的國家之一。

研究地震的新視角

科學家通過衛星對地震監測的興趣由來已久。 上世紀70年代末期起， 我國就陸續利用光學遙感影像解譯線性構造，

利用GPS監測地殼形變， 利用紅外遙感資訊監測地震前兆溫度變化。 上世紀90年代中期， 干涉雷達技術逐漸發展， 干涉雷達技術應用於地震形變研究， 開創了地震監測新理論與新技術。

從原理上看， 地震前岩石在地應力作用下的摩擦產生電磁輻射、切割磁力線導致地球磁場扭曲。 已有大量統計結果證明， 空間電磁擾動與地震發生具有明顯的相關性。

“科學家在統計上發現， 6、7級地震發生前電磁電離層的確會發生變化。 ”張衡一號衛星工程首席科學家、副總師、中國地震局地殼應力研究所總工申旭輝說， “但這些變化和地震發生並不是一一對應的關係。 ”並且， 太陽風和宇宙射線對電磁電離層的影響遠超過地震， 地震與電磁電離層之間的關係還需要更詳實的科學研究。

為此， 我國於2003年啟動“張衡一號”衛星規劃論證。 2009年， 許紹燮等8位院士向中央致信， 工程立項論證得到啟動。 “構建空間電磁監測體系對研究地震機理與空間電磁擾動的耦合關係、探索地震預測新方法至關重要。 ”國防科工局系統工程司副司長趙堅強調。

多項創紀錄高科技

據航太科技集團五院航太東方紅衛星有限公司總監周峰介紹， 張衡一號衛星是該公司研製小衛星中載荷種類、數量最多的衛星。 “經過大量設計和驗證， 這些需求各異的載荷才能在同一顆衛星上和諧相處。 ”他說。

張衡一號衛星搭載3類8種有效載荷。 其中， 電磁場有效載荷包括高精度磁強計、電場探測儀等，

電離層原位參數測量有效載荷包括等離子體分析儀、朗繆爾探針等， 電離層結構層析成像載荷包括GNSS掩星接收機等。

為開展行星及行星際磁場測量， 衛星基於航太東方紅有限公司自主研發的CAST2000平臺進行設計， 首次開發了磁潔淨度達到0.33納特的磁潔淨衛星平臺， 彌補了我國天基科學探測發展的短板。

同時， 衛星平臺為將有效載荷展開至遠離星體的位置首次研製了超高收納比的伸杆機構。 “新研製的捲筒式伸杆機構收攏時只有手掌大小， 展開後長度達到約5米， 收納比39， 達到國際領先水準。 ”周峰介紹。 伸杆機構的使用使星上探測載荷之間的距離由不到2米延展至超過10米， 創造了國內小衛星伸展載荷新紀錄。

直面地震預測科學難題

張衡一號衛星在軌期間將獲得大量資料產品。

申旭輝介紹， 張衡一號衛星獲得的標準資料產品包括空間電場、磁場分頻段波形和頻譜資料， 電離層等離子體原位電子、離子溫度和密度資料等。 同時將獲得電磁場和電離層監測跟蹤資料產品， 全球地磁場、電離層模型和區域增強模型產品等。

中國國家航天局牽頭組建了電磁監測試驗衛星計畫國際科學委員會， 委員會各成員國的科學工作者都可按規定， 研究和使用該衛星的資料。

在科學家看來， 利用電磁監測試驗衛星尚不能直接預測預報地震， 地震預報仍是世界難題。 “但不意味著我們什麼都不能做。 ”申旭輝表示， “科學家能通過衛星獲取的資料開展地震前兆資訊研究， 為未來建立地震監測體系進行前期技術儲備。”

同時，國防科工局也在緊密部署張衡二號衛星，進一步提升對地震的科學觀測。

為未來建立地震監測體系進行前期技術儲備。”

同時，國防科工局也在緊密部署張衡二號衛星，進一步提升對地震的科學觀測。