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中国首颗电磁监测试验卫星发射成功 揭秘“张衡一号”

2018-02-03 11:07:49来源:

我国首颗电磁监测试验卫星发射成功——揭秘“张衡一号”

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,顺利进入预定轨道……

“张衡一号”是我国首颗观测与地震活动相关电磁信息的卫星,也是国家地球物理场探测卫星计划的首发星。

是我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑

中国地震局局长郑国光介绍说,“张衡一号”是我国全新研制的科学试验卫星,主要用于地球物理场探测和研究。通过监测全球空间电磁场、电离层等离子体、高能粒子沉降等物理现象,为地震机理研究、空间环境监测和地球系统科学研究提供新的技术手段,为研究地震电磁电离层信息特征及机理提供新的途径,是我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑。

国防科工局系统工程司副司长赵坚告诉记者:“卫星具有覆盖范围广、电磁环境好、动态信息强、无地域限制等优势,使用卫星进行地球电磁环境的研究能够从更大的尺度上提高对地震孕育发生规律的研究和认识,弥补常规地面地震监测手段的不足。”统计结果表明,空间电磁扰动与地震发生具有明显的相关性,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有着重要意义。

卫星工程首席科学家、中国地震局地壳应力研究所总工申旭辉介绍说,我国境内地震分布广、强度大、震源浅,是世界上大陆地震活动最强烈、灾害最严重的国家之一。我国高度重视利用卫星技术进行空间电磁扰动监测、开展地震相关研究, 2009年就开展了电磁监测试验卫星的论证工作,2013年8月,该工程正式立项,历经5年研制才取得圆满成功。

搭载8种有效载荷,建造全球电磁场和电离层监测平台

赵坚介绍说,电磁监测试验卫星将运行于高度500千米左右的太阳同步轨道上,卫星总重量约730千克,设计寿命为5年,卫星本体呈立方体构型,装载高精度磁强计、感应式磁力仪、电场探测仪、高能粒子探测仪等8种科学探测有效载荷,可实现在低地球轨道对空间电磁场、电离层等离子体、高能粒子的监测。

申旭辉介绍说,“张衡一号”卫星是我国地震立体观测体系的第一个天基平台,旨在建造全球电磁场和电离层监测平台,对中国及其周边地区开展电离层多种物理量动态准实时监测;开展全球7级、中国6级以上地震电磁信息分析研究,探索地震电离层响应变化的信息特征及其机理,为地震观测研究提供有价值的信息;研究地球系统特别是电离层与其它相关圈层相互作用及其效应,向航空航天、导航通信等相关领域提供空间电磁环境监测数据应用服务。

赵坚介绍,“张衡一号”每5天实现对地球上同一地点的重访,卫星观测区域可覆盖地球南北纬65°内的区域,重点观测区域覆盖我国陆地全境和陆地周边约1000千米区域以及全球两个主要地震带。

郑国光表示,“张衡一号”的发射运行具有重要的科学意义。首先是获取全球地磁场和电离层环境及其变化信息,填补相关研究领域的空白,支撑构建全球地磁场和电离层模型,有助于我们进一步了解地震孕育发展规律;其次是基于天基观测优势,提升我国全境电磁场和电离层监测能力,填补地面观测台网在青藏高原和海域地区观测不足。此外,还为空间天气预警、通信导航环境监测、空间物理和地球物理研究提供重要数据支持,服务于基础科学研究。同时也显著提升我国在地球物理场研究领域的国际影响力。

“这颗卫星的发射和投入使用,将使我国首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测的技术能力,使我国成为世界上拥有在轨运行多载荷、高精度地球物理场探测卫星的少数国家之一。”赵坚自豪地说。

电磁监测卫星要求高,卫星研制达国际先进水平

“张衡一号”在技术领域创造了我国卫星研制领域的多项首次,总体技术指标达到国际先进水平,部分技术指标达到国际领先水平。

这其中,最难攻克的就是卫星对电磁洁净度的要求。“卫星在近地轨道地球磁场很强大的情况下,要精确探测地球磁场的细微变化,对卫星本体的电磁洁净度提出非常高的要求。”赵坚介绍说,卫星本体磁性对磁场测量影响不确定性需控制在0.5纳特,相当于地球表面磁场强度的十万分之一。

“张衡一号”卫星试验队控制分系统主任设计师李贵明告诉记者:“控制系统为了达到这一要求,卫星平台的各个单机、系统都进行了无磁化的更改。比如,去掉了有磁的红外地球敏感器,整个飞行程序都要改变;再比如,无磁化要求太阳能帆板不能转动,但为了保证卫星能源,又必须让帆板对日,如何找到平衡点,团队想了很多办法。”

负责卫星抓总研制的中国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说,目前在轨运行的高磁洁净度卫星全部由国外研制,我国经过艰苦攻关,卫星整星磁洁净度达到了0.33纳特,实现了国内低轨道卫星磁洁净度控制的最好水平,达到国际先进水平。

“让仪器载荷离卫星本体远一点,既是低磁化的要求,也能提高有效载荷探测精度。” 周峰说,这次卫星采用的卷筒式伸杆机构,收拢时只有手掌大小,展开后长度约5米。“这是国内首次自主研制的具有轻质、低磁、一维展开特点的卷筒式伸杆机构,伸杆指向精度、展开状态基频等关键性能指标达到国际先进水平。”

“张衡一号”的首次还有不少。比如,国内首次实现在轨精确磁场探测,卫星装载的高精度磁强计、感应式磁力仪载荷,填补了我国在近地磁场精确探测领域的空白,达到国际先进水平,使我国第一次有望获取十分宝贵的全球地磁场数据。再如,首次实现高精度电离层电子、离子原位探测等等。

电磁监测卫星02星正在论证,将继续加大空间科学卫星发展力度

“张衡一号”卫星上安装有意大利提供的高能粒子探测器和奥地利提供的绝对磁场校准装置,其中,意大利载荷与中方研制的高能粒子探测器互为补充,联合完成空间高能粒子的探测;奥地利载荷为中方研制载荷的矢量磁场探测数据提供标量的校准。

赵坚介绍说,2011年11月,中国国家航天局与意大利航天局签署了《中国国家航天局和意大利航天局关于和平利用外空的协议》,明确了电磁监测试验卫星的合作事项。2013年9月,中国国家航天局与意大利航天局签署《中国国家航天局与意大利空间局关于中国电磁监测试验卫星合作的谅解备忘录》。中意双方多次召开双边工作组会议,明确后续载荷研制与数据处理工作的合作内容与计划、卫星数据国际合作政策。

据介绍,为充分发挥卫星数据应用效能,遵循公开共享的原则,中国国家航天局会同中国地震局已制定电磁监测试验卫星的数据国际合作政策。同时,中国国家航天局已牵头组建电磁监测试验卫星计划国际科学委员会,国际科学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,共同加强人类对地球和宇宙的认识,造福世界各国人民。

随着“张衡一号”的成功发射,赵坚透露:国防科工局正在会同中国地震局、发改委、财政部加快推动电磁监测卫星(02星)论证工作,并深化与意大利航天局的进一步合作;后续还将规划安排电磁、重力梯度等地球物理场探测科学卫星持续发展。

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