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“張衡一號”:在天上“看”地震有多難

  2月2日,我國首顆電磁監測試驗衛星“張衡一號”發射升空,這讓我國成為目前全球擁有在軌運行的多載荷、高精度地球物理場探測衛星的少數國家之一,為“地震預測”這道世界性難題的解答,提供一種新的嘗試思路。

  從外形來看,“張衡一號”的體積並不大,是一個約1.4米1.4米1.4米的立方體,重量也只有700多公斤。不過,這顆衛星的“長相”卻有點奇怪——單太陽翼,裝載有6根伸展長度4米多的“伸桿”,看上去有點像一個“炸了毛”的衛星。

  這,恰恰是它的一大優勢。

  “張衡一號”衛星的抓總研製單位、航天科技集團五院東方紅衛星公司總監周峰説,“張衡一號”上的“伸桿”,可將有效載荷即一雙雙盯著地球磁場的“眼睛”,盡可能大距離地遠離星體的位置,避免受到衛星本體器件的電磁“干擾”——這是提高“眼睛”探測精度的必要條件。

  説白了,離衛星本體越遠,受到的電磁“干擾”越小,“眼睛”裏的雜物越少,“看”得也就越清楚。

  “張衡一號”的工作原理聽上去並不複雜,即衛星在天上“盯著”地球磁場,一旦後者發生變化,哪怕只是起了些許的漣漪,就立即“上交”數據進行研究,因為引發磁場變化的一大可能,就是500公里外的地球上發生了較大的地殼活動——地震。

  鮮為人知的是,這顆衛星“站崗”所在的太陽同步軌道,是一個佈滿了電子、離子的電磁世界,這裡受到太陽、月球引潮力以及地球中高層大氣的擾動,常常是“波濤洶湧”。國防科工局系統工程司副司長趙堅説,衛星在這裡工作本就十分不易,還要探測這裡的磁場變化情況,更是難上加難。

  他告訴記者,“打鐵還需自身硬”,想要精確“看到”地球磁場的細微變化,首先要求衛星本體的電磁信息“足夠乾淨”。他給出一組數字:衛星本體磁性對磁場測量的“影響不確定性”需控制在0.5納特,這相當於地球表面磁場強度的十萬分之一。

  周峰説,科研人員最終打造出來的“張衡一號”整星,其磁潔凈度達到了0.33納特,這是在國內首次實現低地球軌道衛星高精度電磁潔凈度控制,達到國際先進水平。

  此次任務中的“伸桿”機構也有兩種,一種類似魔術表演中的魔術棒,叫捲筒式“伸桿”機構,其收攏時只有手掌大小;另一種類似人類的手臂,叫鉸鏈式“伸桿”機構,兩種機構展開後長度均可達到5米。

  周峰告訴記者,這兩種“伸桿”的選材過程可謂“百煉成鋼”,既要能夠保證其在軌時能夠可靠展開,也要確保其在軌經歷“超過200℃的溫度交變”時,那些“眼睛”在5米長的“桿子”上,其位置變化量不大於2毫米,即大約一枚硬幣的厚度。

  周峰説,這是我國第一次實現高收納比“伸桿”機構的國産化,一些關鍵性能指標達到國際先進水平。此次“伸桿”設計,也讓我國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的新紀錄。

  值得一提的是,“張衡一號”安裝了電場探測儀,這一載荷旨在探測衛星軌道環境空間電場,是目前國際上運行在太陽同步軌道上功能配置最全的空間電場探測儀器,由航天科技集團五院510所研製。

  航天科技集團五院510所專家説,這個探測儀要“感知”太空中的三維電場,需要通過“伸桿”向衛星本體外“伸出”4個傳感器,就像4個具有高靈敏測量電路的“球”。

  這位專家表示,這樣的“球”可以探測到“等離子體”的電勢變化——這種變化非常微小,就好比“要在喜馬拉雅山那麼高的浪頭上,分辨出一滴水珠”,難度之大可見一斑。(邱晨輝)

關鍵詞: 張衡一號;地震