張衡一號(hào)

2號(hào)下午15點(diǎn)51分，我國首顆觀測(cè)與地震活動(dòng)相關(guān)電磁信息的衛(wèi)星——乘坐著“”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心直插云霄、奔赴太空，順利進(jìn)入預(yù)定軌道。此次任務(wù)還搭載發(fā)射了“”、等六顆國內(nèi)外的微小衛(wèi)星。

“張衡一號(hào)”的成功發(fā)射使我國成為世界上少數(shù)擁有在軌運(yùn)行高精度地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星的國家之一。它創(chuàng)造了我國衛(wèi)星研制領(lǐng)域的多項(xiàng)首次，總體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先國際先進(jìn)水平。真的可以在天上“看到”地震嗎?另外，發(fā)射成功對(duì)我國地震觀測(cè)研究又將發(fā)揮哪些重要作用?

“

這是《后漢書·張衡傳》中關(guān)于“地動(dòng)儀”的描述，公元132年，張衡發(fā)明了世界上最早的地動(dòng)儀，開創(chuàng)了世界地震勘測(cè)研究的先河。一千多年前后的今天，我國首顆電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)入太空，為了紀(jì)念張衡，衛(wèi)星被命名為“張衡一號(hào)”。

“9、8、7、6、5、4、3、2、1，點(diǎn)火！起飛！”

昨天下午15點(diǎn)51分，“張衡一號(hào)”由長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭托舉著在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心拔地而起，在蔚藍(lán)色的天空中劃過一道火箭長長的尾焰后，衛(wèi)星很快順利進(jìn)入預(yù)定軌道。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心主任張志芬宣布：

“電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星任務(wù)發(fā)射圓滿成功！謝謝大家！”

張衡一號(hào)設(shè)計(jì)壽命五年，由平臺(tái)服務(wù)艙和有效載荷艙組成，總重量約730公斤，外形為一個(gè)長、寬、高都大約是1.4米的立方體，單太陽翼，裝載有6根伸展長度4米多的卷筒式伸桿機(jī)構(gòu)，收攏時(shí)只有手掌大小，展開后長度均達(dá)到約5米，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

“其中意大利載荷與我們中國研制的高能粒子探測(cè)器互為補(bǔ)充，聯(lián)合完成整個(gè)空間高能粒子的探測(cè)工作；奧地利載荷主要為中方研制載荷的矢量磁場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)提供標(biāo)量的校準(zhǔn)。”

中國航天科技集團(tuán)五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司總監(jiān)周峰介紹，衛(wèi)星上搭載的有效載荷共3大類8種，其中，探測(cè)電磁場(chǎng)的高精度磁強(qiáng)計(jì)、感應(yīng)式磁力儀載荷填補(bǔ)了我國在近地磁場(chǎng)精確探測(cè)領(lǐng)域的空白，與國際上先進(jìn)的執(zhí)行地球磁場(chǎng)探測(cè)任務(wù)的德國衛(wèi)星和歐空局衛(wèi)星相比，載荷技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)，達(dá)到國際先進(jìn)水平：

“主要是用于監(jiān)測(cè)全球空間電磁場(chǎng)、電離層等離子體、高能粒子沉降等物理現(xiàn)象，為構(gòu)建我國的天空地一體化地震立體監(jiān)測(cè)體系樹立一個(gè)重要的研究基礎(chǔ)。”

國防科工局系統(tǒng)工程司副司長趙堅(jiān)表示，這顆衛(wèi)星是我國全新研制的國家民用航天科研試驗(yàn)衛(wèi)星，也是我國地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃的首發(fā)星：

“張衡一號(hào)”可分析全球7級(jí)、中國6級(jí)以上地震

張衡一號(hào)發(fā)射狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖

“地球物理參數(shù)，這物理參數(shù)多了，電磁場(chǎng)、地磁場(chǎng)、形變、專業(yè)化地下流體，地下水呀還有引起的動(dòng)物反應(yīng)，這些東西要通過科學(xué)研究搞清楚，這些信息和地震孕育有什么關(guān)系。”

地球電磁場(chǎng)部分源于地球內(nèi)部，也與太陽和電離層的變化等有關(guān)。正是有了地球電磁場(chǎng)，我們才能通過指南針辨別方向。中國地震局局長鄭國光進(jìn)一步解釋說，地球的板塊、斷層移動(dòng)引發(fā)地震，同時(shí)也會(huì)在地震前后帶來包括地球電磁場(chǎng)變化等很多信息，這就是地球物理參數(shù)。張衡一號(hào)就是要對(duì)這些地球物理參數(shù)進(jìn)行研究。

“我們現(xiàn)在是選取了地震效應(yīng)釋放過程中，比較顯著的在電離層上可以觀測(cè)到的電離層的變化，所以我們這顆衛(wèi)星本身不是直接來觀看地震發(fā)生的過程。”

不過，電磁場(chǎng)的變化只是地球物理場(chǎng)的一個(gè)基本的物理參數(shù)，并不代表全部的電磁場(chǎng)在地震之前一定會(huì)發(fā)生變化。中國航天科技集團(tuán)電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師袁仕耿說：

“有點(diǎn)類似于一個(gè)大象上面爬上一只螞蟻，那么我們把螞蟻分辨出來，就是要達(dá)到這個(gè)程度，最關(guān)鍵的并不是光把螞蟻分出來，分辨螞蟻的同時(shí)我還要把大象稱出來，描述的誤差呢也不能超過這個(gè)螞蟻的大小，對(duì)載荷來說的話，我總結(jié)一下就是要求有三點(diǎn)，第一個(gè)靈敏，第二個(gè)穩(wěn)定，第三個(gè)準(zhǔn)確。”

每一個(gè)物體都有自己的磁性、磁場(chǎng)和引力，衛(wèi)星也不例外。運(yùn)行在500公里高度的太陽同步軌道上，還要兼顧近地軌道強(qiáng)大的地球磁場(chǎng)，此時(shí)要想精確探測(cè)地球磁場(chǎng)的細(xì)微變化，對(duì)衛(wèi)星的電磁潔凈度就提出了非常高的要求。也就是說，要讓衛(wèi)星自己的磁性對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量影響減小到最小。目前，張衡一號(hào)的磁潔凈度達(dá)到0.33納特，達(dá)到國際先進(jìn)水平。中國航天科技集團(tuán)張衡一號(hào)衛(wèi)星高精度磁強(qiáng)計(jì)主任設(shè)計(jì)師周斌舉例證明，這就像在一個(gè)強(qiáng)背景下，測(cè)一個(gè)非常弱的變化：

“6級(jí)以下的地震一般來說不會(huì)造成明顯的破壞；第二呢我實(shí)際上是要再把所有的地震監(jiān)測(cè)起來，那我得需要大量的人力投入，大量的計(jì)算系統(tǒng)的投入，成本太大。第三個(gè)就是科學(xué)上來看，5級(jí)以下的地震，它能量有限，所以不足以有大量顯著性的信息到電離子層里面去。”

通過這顆衛(wèi)星，就形成了我國首個(gè)天基地震電磁綜合觀測(cè)平臺(tái)，不同于只能觀測(cè)有限范圍的地基平臺(tái)，它將分析全球7級(jí)、中國6級(jí)以上地震電磁電離層信息特征。衛(wèi)星工程首席科學(xué)家、副總師申旭輝解釋說，至少6級(jí)是考慮了三方面因素：

這樣的電磁信息如何能夠保證能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到?申旭輝回答，衛(wèi)星在軌期間將每5天實(shí)現(xiàn)對(duì)地球上同一地點(diǎn)的重訪，觀測(cè)區(qū)域可覆蓋地球南北緯65°內(nèi)的區(qū)域，重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域覆蓋我國陸地全境和陸地周邊約1000公里區(qū)域以及全球兩個(gè)主要地震帶，這就從時(shí)間和空間上保證了信息、數(shù)據(jù)的獲?。?/p>

申旭輝說：“整個(gè)我的運(yùn)行團(tuán)隊(duì)理論上我是24小時(shí)不間斷的在工作的，有數(shù)據(jù)下來我馬上處理。然后另外一個(gè)地震前的，比如說假如我這十天間有了信號(hào)，我衛(wèi)星過去，那么我可以至少十天內(nèi)可以有兩次信息。”

“

除了在這方面發(fā)揮作用，張衡一號(hào)還可以為開展空間天氣預(yù)警及通信導(dǎo)航環(huán)境研究提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。中國地震局局長鄭國光說，衛(wèi)星的發(fā)射和投入使用，將使我國首次具備全疆域和全球三維地球物理場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)能力，使我國成為世界上擁有在軌運(yùn)行多載荷、高精度地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星的少數(shù)國家之一。后續(xù)衛(wèi)星計(jì)劃于2020年發(fā)射。

研制團(tuán)隊(duì)合影

首顆教育共享衛(wèi)星“少年星一號(hào)”一同升空

少年星一號(hào)

正是科研前輩們的努力付出，祖國未來的花朵們才有了更加茁壯成長的土壤，讓智慧起航。也就在昨天(2號(hào))，承載著10萬中小學(xué)生的創(chuàng)意和夢(mèng)想的我國首顆教育共享衛(wèi)星“”同樣作為長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭上的“乘客”之一被送上太空。

少年星一號(hào)

據(jù)了解，在完成在軌測(cè)試后，“”將面向建有衛(wèi)星測(cè)控分站的中小學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)開放衛(wèi)星通信資源，服務(wù)于中國中小學(xué)生航天科普教育。

少年星一號(hào)

孩子們提出是否用衛(wèi)星與外星球聯(lián)系，還想在衛(wèi)星上種個(gè)豆子，是否可以幫助非洲的孩子尋找水源，是否可以實(shí)現(xiàn)全球的wifi和萬物互聯(lián)。”

“少年星一號(hào)”是“中國少年微星計(jì)劃”的重要成果，這項(xiàng)由中國宋慶齡基金會(huì)、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)和中國教育學(xué)會(huì)聯(lián)合發(fā)起的計(jì)劃自2016年4月啟動(dòng)以來，吸引了10多萬名中國中小學(xué)生參與衛(wèi)星功能的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。九天微星創(chuàng)始人兼CEO謝濤介紹說：“

但實(shí)際考慮到，這顆衛(wèi)星比較小嘛，很多事情通過一顆小衛(wèi)星是很難實(shí)現(xiàn)的。后來我們根據(jù)衛(wèi)星的能力選用創(chuàng)意，最終是落到兩個(gè)方面。一個(gè)就是這種無線電的通信，另外一個(gè)就是太空的拍照，主要是具備這兩種功能。”

在學(xué)生天馬行空的創(chuàng)意想象中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意進(jìn)行歸類，最終遴選確定了“少年星一號(hào)”的目標(biāo)構(gòu)架。九天微星首席技術(shù)官兼衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)師劉麗坤博士告訴記者：“

目前，測(cè)控站分為主站和分站，少年星主站位于中國宋慶齡青少年科技文化交流中心，通過主站，大家可以看到在衛(wèi)星飛控大廳看到的畫面，包含衛(wèi)星的基本姿態(tài)信息，軌道信息，預(yù)測(cè)圖等。除測(cè)控主站外，我們還建設(shè)了包括海南文昌中學(xué)、鄭州四中、北京永泰小學(xué)和北京五十七中在內(nèi)的十余個(gè)校園測(cè)控分站。”

在軌運(yùn)行之后，建有衛(wèi)星測(cè)控分站的中小學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)都可以使用“少年星一號(hào)”的數(shù)據(jù)和功能，將為中小學(xué)生提供測(cè)控真實(shí)衛(wèi)星的體驗(yàn)，創(chuàng)造出全新的航天科普教育場(chǎng)景。九天微星教育事業(yè)部產(chǎn)品總監(jiān)李天麒介紹：“

學(xué)生代表觀摩“少年星一號(hào)”

目前，基于“少年星”研制與測(cè)控的中小學(xué)航天科普課程體系初步建立，立方星套件已更新至第四代，并通過測(cè)控站實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化和共享。

2018年年底之前，我們爭(zhēng)取達(dá)到100家地面分站的建設(shè)，同時(shí)我們會(huì)發(fā)更多的衛(wèi)星，給這些分站提供天地互聯(lián)互通，給更多孩子提供自己動(dòng)手參與制造并操控衛(wèi)星的機(jī)會(huì)，激發(fā)孩子對(duì)未知世界的探索。”

謝濤表示，后續(xù)將會(huì)進(jìn)一步完善分站建設(shè)，并持續(xù)根據(jù)教學(xué)反饋，繼續(xù)改善教育方案，增加更多的趣味性：“