經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)：“張衡一號(hào)” 借助“天眼”探地震
經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)：“張衡一號(hào)” 借助“天眼”探地震
經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)：“張衡一號(hào)” 借助“天眼”探地震
文章來(lái)源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào) 發(fā)布時(shí)間：2018-02-08
“張衡一號(hào)”衛(wèi)星運(yùn)行示意圖
1800年前，東漢科學(xué)家張衡創(chuàng)造出一件傳世杰作——地動(dòng)儀，這是世界上首架地震儀。當(dāng)時(shí)利用這架儀器，我國(guó)成功測(cè)報(bào)了西部地區(qū)發(fā)生的一次地震，這比西方國(guó)家用儀器記錄地震的歷史早了1700多年。
時(shí)光穿越，“張衡”來(lái)到了2018年2月2日。這一次，被命名為“張衡一號(hào)”的衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，它將借助“天眼”看地震
“張衡一號(hào)”由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院抓總研制，是首顆我國(guó)自主研制的電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星。該衛(wèi)星的成功發(fā)射使得我國(guó)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)能力，成為全球唯一擁有在軌運(yùn)行的多載荷、高精度地震監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星的國(guó)家，這標(biāo)志著我國(guó)地震監(jiān)測(cè)和地球物理探測(cè)領(lǐng)域的探索正式邁入太空。
為什么要用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地震
衛(wèi)星具有覆蓋范圍廣、電磁環(huán)境好、動(dòng)態(tài)信息強(qiáng)、無(wú)地域限制等優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)常規(guī)地面地震監(jiān)測(cè)手段的不足
我國(guó)地震區(qū)域分布廣、強(qiáng)度大、震源淺，是世界上大陸地震活動(dòng)最強(qiáng)烈、災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，地震災(zāi)害的潛在危險(xiǎn)對(duì)于我國(guó)社會(huì)發(fā)展造成的影響不容輕視。
地震預(yù)測(cè)是世界性難題。二十世紀(jì)五六十年代，世界上才開(kāi)啟地震研究，至今取得了一定進(jìn)展。學(xué)界認(rèn)為，通過(guò)衛(wèi)星電磁監(jiān)測(cè)的方法發(fā)現(xiàn)地殼異動(dòng)，從而獲得地震即將發(fā)生的信息是很有希望的嘗試。一方面，地震發(fā)生前，地球巖石的摩擦破裂會(huì)產(chǎn)生電磁波，并傳播至大氣層。另一方面，地殼運(yùn)動(dòng)會(huì)切割磁力線，造成磁力線扭曲。
據(jù)國(guó)防科工局系統(tǒng)工程司副司長(zhǎng)趙堅(jiān)介紹，衛(wèi)星具有覆蓋范圍廣、電磁環(huán)境好、動(dòng)態(tài)信息強(qiáng)、無(wú)地域限制等優(yōu)勢(shì)，使用衛(wèi)星研究地球電磁環(huán)境能夠從更大尺度上提高對(duì)地震孕育發(fā)生規(guī)律的研究和認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)常規(guī)地面地震監(jiān)測(cè)手段的不足。
例如青藏高原、海洋等地震臺(tái)網(wǎng)不能完全覆蓋地區(qū)，通過(guò)衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)全疆域?qū)崟r(shí)觀測(cè)。“張衡一號(hào)”電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星在軌運(yùn)行的5年中，將以標(biāo)準(zhǔn)手段電磁監(jiān)測(cè)我國(guó)6級(jí)以上、全球7級(jí)以上的地震，并通過(guò)大量數(shù)據(jù)積累和震例分析，推動(dòng)我國(guó)地震觀測(cè)技術(shù)發(fā)展。
“應(yīng)該指出，目前利用電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星尚不能直接預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震，主要是用于地震電磁電離層孕育肌理研究，為未來(lái)建立地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)體系進(jìn)行前期技術(shù)儲(chǔ)備。”趙堅(jiān)說(shuō)。
怎樣從天上“探”地震
地球外圍的空間等離子體環(huán)境受到影響時(shí)，會(huì)傳播相應(yīng)電磁波，研究其變化與地震的關(guān)聯(lián)規(guī)律，有望探索地震監(jiān)測(cè)新方法
地震活動(dòng)復(fù)雜多變，遠(yuǎn)在天外的衛(wèi)星是怎樣探測(cè)感知地上變化的呢？原來(lái)， 地球的周圍有著一層薄薄的“殼”——空間等離子體環(huán)境，其中物質(zhì)的性質(zhì)在某種程度上就如同水一般，當(dāng)受到地殼運(yùn)動(dòng)、地面人類活動(dòng)等影響時(shí)，產(chǎn)生的電磁波就會(huì)像水中的漣漪一樣，在等離子體環(huán)境里傳播。
近年來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，地震也會(huì)對(duì)空間等離子體環(huán)境的電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。因此，科學(xué)家們希望通過(guò)研究空間等離子體變化與地震活動(dòng)的關(guān)聯(lián)規(guī)律，來(lái)探索地震監(jiān)測(cè)新方法。
“張衡一號(hào)”衛(wèi)星正是在這樣的背景下誕生的，用我國(guó)古代探索地震的偉大科學(xué)家張衡來(lái)命名，以表達(dá)用空間探測(cè)手段監(jiān)測(cè)地震的愿景。其中的主載荷是由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院510所研制的電場(chǎng)探測(cè)儀，它旨在探測(cè)衛(wèi)星軌道環(huán)境空間電場(chǎng)，是目前全球運(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道上功能配置最全的空間電場(chǎng)探測(cè)儀器。
為感知空間三維電場(chǎng)，探測(cè)儀通過(guò)伸桿向衛(wèi)星本體外伸出4個(gè)傳感器，正如4個(gè)靈敏的觸角，能準(zhǔn)確感知周圍等離子體環(huán)境電勢(shì)。而兩觸角間電勢(shì)差與距離的商就是兩觸角方向的電場(chǎng)，運(yùn)用多組不共面方向的電場(chǎng)便能換算出空間三維電場(chǎng)。
打個(gè)比方，這就像我們能通過(guò)水中4個(gè)木塊的高低變化，來(lái)探測(cè)水波的立體變化情況一樣。只不過(guò)對(duì)探測(cè)等離子體電場(chǎng)信號(hào)的“木塊”要求很高，它們是4個(gè)內(nèi)部具有高靈敏測(cè)量電路的“球”，可以探測(cè)到非常微小的等離子體電勢(shì)變化，就好比可以在珠穆朗瑪峰頂上分辨出一滴水珠。
而在衛(wèi)星內(nèi)部，有一個(gè)被稱為“信號(hào)處理單元”的高靈敏電子學(xué)測(cè)量設(shè)備，這是探測(cè)儀的“大腦”。它把“觸角”探測(cè)到的微小“波動(dòng)”細(xì)分成十幾個(gè)通道，進(jìn)一步精細(xì)處理，變成數(shù)字量，分成頻譜，再依靠衛(wèi)星強(qiáng)大的通訊能力，把這些科學(xué)數(shù)據(jù)傳到地面來(lái)，供科學(xué)家們研究地球周圍等離子體空間的奧秘。
為把這些微小的“波動(dòng)”傳到衛(wèi)星內(nèi)部，“觸角”們還需要4根纖細(xì)卻“堅(jiān)韌”的“神經(jīng)”——科研人員稱之為“電場(chǎng)探測(cè)儀復(fù)合電纜”。在衛(wèi)星發(fā)射前，它們把“觸角”穩(wěn)穩(wěn)地拉住；當(dāng)衛(wèi)星上天后，再通過(guò)先進(jìn)的機(jī)構(gòu)讓觸角筆直地伸展出去，這些藏在“觸角”內(nèi)部的“神經(jīng)”，可以把“觸角”感受到的電磁場(chǎng)波動(dòng)忠實(shí)可靠地傳遞給“大腦”。
“張衡一號(hào)”為什么了不起
“張衡一號(hào)”是我國(guó)地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃的首發(fā)星，將大幅提升全球空間電磁場(chǎng)、電離層等探測(cè)數(shù)據(jù)獲取能力
趙堅(jiān)介紹，“張衡一號(hào)”是我國(guó)地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃的首發(fā)星，實(shí)現(xiàn)了在低地球軌道對(duì)空間電磁場(chǎng)、電離層等離子體、高能粒子的監(jiān)測(cè)，填補(bǔ)了我國(guó)從空間電磁環(huán)境方面開(kāi)展地震學(xué)、地質(zhì)學(xué)等相關(guān)研究的空白，將大幅提升全球空間電磁場(chǎng)、電離層等探測(cè)數(shù)據(jù)獲取能力。
此外，“張衡一號(hào)”還是對(duì)空間環(huán)境直接觀測(cè)的衛(wèi)星。空間電磁環(huán)境對(duì)于通訊、導(dǎo)航、航天、航空以及大氣層環(huán)境都具有重要作用，因此“張衡一號(hào)”還能為航空航天、通訊導(dǎo)航、大氣等多個(gè)領(lǐng)域提供空間電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為空間科學(xué)研究和應(yīng)用服務(wù)。
電測(cè)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家兼工程副總師申旭輝告訴經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者，“張衡一號(hào)”衛(wèi)星完成在軌測(cè)試后，將交付中國(guó)地震局使用，履行我國(guó)第一顆以電磁監(jiān)測(cè)研究為主要應(yīng)用背景、專業(yè)進(jìn)行電離層電磁擾動(dòng)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的使命，將使我國(guó)首次具備全球地磁場(chǎng)和電離層信息獲取能力，構(gòu)建具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球地磁場(chǎng)和電離層模型。
據(jù)悉，在國(guó)家主管部門的領(lǐng)導(dǎo)下，“張衡一號(hào)”將為全球用戶提供電磁場(chǎng)、高能粒子、等離子體等多方面的數(shù)據(jù)，并與國(guó)際上多個(gè)國(guó)家開(kāi)展衛(wèi)星應(yīng)用和科學(xué)研究方面的深入合作，帶動(dòng)引領(lǐng)我國(guó)地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究的國(guó)際化發(fā)展潮流。
“‘張衡一號(hào)’衛(wèi)星將為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)提供強(qiáng)大推動(dòng)力，為國(guó)家戰(zhàn)略決策提供翔實(shí)、可靠的依據(jù)，有利于加速構(gòu)建天空地一體化的地震立體觀測(cè)體系；也是惠及社會(huì)民生、構(gòu)建地震立體觀測(cè)體系的重要步驟，最終將為構(gòu)建和諧社會(huì)貢獻(xiàn)力量。”申旭輝說(shuō)。（記者 姜天驕）
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