张衡一号到底有多厉害

2019年03月11日 来源:

电磁监测试验卫星在轨飞行模拟图

左为电磁监测试验卫星收拢状态图,右为展开状态图。

本报 李 艳

首颗由我国自主研发建造的电磁监测试验卫星将于今年8月前后发射,届时我国将首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力,也是拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测试验卫星的国家。

日前召开的2017年全国地震局长会议,公布了一条重磅消息——首颗由我国自主研发建造的电磁监测试验卫星将于今年8月前后发射、投入使用。届时我国将首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力,也成为拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测试验卫星的国家。

消息一出,立刻引发了广泛的关注和讨论。虽然这颗卫星现在尚未被正式命名,但圈内人都称它为“张衡一号”。

张衡一号到底有多厉害

地震预测是世界性的难题。多年来,世界各国的科学家们尝试过各种预测方法,但都被现实否定。通过电磁监测的方法发现地壳异动,从而获得地震即将发生的信息在学界被认为是一个很有希望的尝试。正因为如此,首颗电磁监测试验卫星承载着人们对于实现地震预测的殷切期待。

这颗卫星对我国地震科研意义重大。电磁监测试验卫星是我国自主研发建造的首颗地球物理类卫星,载荷多、精度高,能够发挥其空间对地观测“大动态、宽视角、全天候”的优势,弥补地面观测的不足,推进构建天地一体化的监测络,拓展探索地震监测预测新途径,对实现地震现代化建设具有里程碑意义。

酝酿多年,“张衡一号”被寄予厚望

2008年学界曾经就电磁监测试验卫星项目有过深入的讨论,初步的思路是通过国际合作尽快拥有我国自己的电磁监测卫星。

电磁监测试验卫星项目在我国酝酿多年,项目专家委员会主任、中国地震局地壳应力研究所总工程师申旭辉在接受科技采访时表示,从初有这个想法,到统一认识,到研讨论证,到技术储备,再到项目落实,这个等待和准备的时间至少有15年。

实际上,早在“九五”期间,中国就开始卫星预报地震的研究和应用,并取得初步成果,不过整体来说在地震监测方面的卫星建设仍显缓慢。

2008年,学界曾经就电磁监测试验卫星项目有过深入的讨论,当时甚至有媒体报道称2009年卫星就要发射了。“当时大家都非常着急,希望能尽快推进地震的监测预测,初步的思路是通过国际合作尽快拥有我国自己的电磁监测卫星”。申旭辉解释说。

但是这一计划后来被延缓,“这其中固然有国际金融危机的影响,但重要的是我国在技术储备上还没能达到需要的水平。”他强调。

此后,科学家们经历了日积月累的攻关路。直到2013年,各方面条件日渐成熟,中国电磁监测试验卫星工程项目被正式批准立项。

2014年11月,由中国国家航天局、中国地震局和意大利空间局共同主办的中国电磁监测试验卫星工程届国际学术研讨会在北京召开。2016年8月,中国电磁监测试验卫星工程第二届国际学术研讨会在北京召开,来自意大利、

法国、俄罗斯、美国、日本、希腊、奥地利、墨西哥及国内的百余位专家和学者参加了此次会议。外界从这两次研讨会可以窥见中国在电磁监测试验卫星项目上正在进行不懈的努力。

2017年8月,我国的颗电磁监测试验卫星终于要上天了。

搭载8种载荷,设计指标超过国外

“张衡一号”将获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子观测数据,对中国及其周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪,弥补地面观测的不足。

地震发生前,地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波,这些电磁波会往大气层传播。另一方面,地壳的运动会切割磁力线,造成磁力线的扭曲。也就是说,一旦发生强烈地震,地球内部的电磁信息就会出现异常,此时,卫星将接收数据传回地面,为工作人员的预测提供一定的依据。

“张衡一号”正是依据这一原理来运行的。它是我国立体地震观测体系个天基平台。按照官方对它的定位,它将获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子观测数据,研究地球系统特别是电离层与其他各圈层相互作用及其效应。对中国及其周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪,弥补地面观测的不足。进一步推进我国立体地震观测体系建设,开辟探索地震监测预测新途径。同时,卫星还能为航空航天、导航通讯等领域提供空间电磁环境监测服务。

申旭辉告诉科技,“张衡一号”的设计指标和载荷配置均超过国外同类卫星。采用通用小卫星平台,搭载感应式磁力仪、高精度磁强计、电场探测仪、GNSS掩星接收机、等离子体分析仪、高能粒子探测器、朗缪尔探针和三频信标发射机等8种载荷。

根据申旭辉的介绍,“张衡一号”的轨道为500公里高度的圆极地轨道,轨道倾角97°,降交点地方时为下午14:00,重访周期为5天,这在世界同类卫星设计上都做了必要的调整。

首颗电磁监测试验卫星汇聚了众多科学家的智慧。工程实施3年多来,中国地震局、航天科技集团公司、教育部、中国科学院、中电集团所属的几十家单位参加攻关研制。“大家始终坚持航天科技与地震科技创新相结合,攻克了平台设计、载荷研发、数据模型开发等多项关键技术难题。”申旭辉说。

“张衡一号”来了,地震预测还有多远

“张衡一号”的主要工作是数据收集和经验积累,真正预测地震还需要在大量的数据积累和方法理论研发之后逐步推进。

中国处于两大地震带之间,自古以来就对地震研究十分重视。其中的当属东汉时期伟大的科学家张衡在公元132年发明的候风地动仪。这是世界上的架地动仪,奠定了我国地震科学的发展。正因为如此,我国首颗电磁监测试验卫星被命名为“张衡一号”。

其实,在全世界范围内,对地震的认知还不够深入。虽然都叫地震,但是单独一次其实没什么共通性的特征。我们只知道地壳受压到一定程度,积聚的压力就会以地震的形式释放出来。那么,这个压力到多少算是临界点?到达临界点会有什么先兆?没有人知道。

地震到底能不能预测,在学界争议较大。在本世纪之交,还曾对这个问题有过一次大讨论。当时地球物理学家陈运泰院士曾表示,地震不可预报这样的论断要慎言。在他看来,自然科学问题必有解决的办法,需要寻找探索新的思路。

申旭辉十分认同陈运泰的观点,他认为“张衡一号”的发射就是一次新的探索和尝试。他说,“其实现阶段地震预报主要是面临三个难题,,地震事例比较少,一个科学家在一生碰到的就更少了。仅有的几次震例很难帮助科学家完成数据统计和积累。第二,地震科学研究方法手段受到很多制约。以前我们一直想研究地壳,但我们又没法到地下查看。第三,地震科学理论起源于牛顿物理学,需要吸收新的交叉学科理论,目前做得还不够。”

“这些问题将来慢慢能得到解决”,他说。但申旭辉同时强调,“张衡一号”的在轨时间是5年,目前它的工作在于数据收集和经验积累,真正预测地震还需要在大量的数据积累和方法理论研发之后逐步推进。

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