我國首顆電磁監測試驗衛星發射成功——
揭秘“張衡一號”
2月2日15時51分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將電磁監測試驗衛星“張衡一號”發射升空，進入預定軌道。新華社發（汪江波 攝）
2月2日15時51分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將電磁監測試驗衛星“張衡一號”發射升空，順利進入預定軌道……
“張衡一號”是我國首顆觀測與地震活動相關電磁信息的衛星，也是國家地球物理場探測衛星計劃的首發星。
是我國構建天空地一體化地震立體監測體系的重要里程碑
中國地震局局長鄭國光介紹說，“張衡一號”是我國全新研制的科學試驗衛星，主要用于地球物理場探測和研究。通過監測全球空間電磁場、電離層等離子體、高能粒子沉降等物理現象，為地震機理研究、空間環境監測和地球系統科學研究提供新的技術手段，為研究地震電磁電離層信息特征及機理提供新的途徑，是我國構建天空地一體化地震立體監測體系的重要里程碑。
國防科工局系統工程司副司長趙堅告訴記者：“衛星具有覆蓋范圍廣、電磁環境好、動態信息強、無地域限制等優勢，使用衛星進行地球電磁環境的研究能夠從更大的尺度上提高對地震孕育發生規律的研究和認識，彌補常規地面地震監測手段的不足。”統計結果表明，空間電磁擾動與地震發生具有明顯的相關性，構建空間電磁監測體系對研究地震機理與空間電磁擾動的耦合關系、探索地震預測新方法有著重要意義。
衛星工程首席科學家、中國地震局地殼應力研究所總工申旭輝介紹說，我國境內地震分布廣、強度大、震源淺，是世界上大陸地震活動最強烈、災害最嚴重的國家之一。我國高度重視利用衛星技術進行空間電磁擾動監測、開展地震相關研究， 2009年就開展了電磁監測試驗衛星的論證工作，2013年8月，該工程正式立項，歷經5年研制才取得圓滿成功。
搭載8種有效載荷，建造全球電磁場和電離層監測平臺
趙堅介紹說，電磁監測試驗衛星將運行于高度500千米左右的太陽同步軌道上，衛星總重量約730千克，設計壽命為5年，衛星本體呈立方體構型，裝載高精度磁強計、感應式磁力儀、電場探測儀、高能粒子探測儀等8種科學探測有效載荷，可實現在低地球軌道對空間電磁場、電離層等離子體、高能粒子的監測。
申旭輝介紹說，“張衡一號”衛星是我國地震立體觀測體系的第一個天基平臺，旨在建造全球電磁場和電離層監測平臺，對中國及其周邊地區開展電離層多種物理量動態準實時監測；開展全球7級、中國6級以上地震電磁信息分析研究，探索地震電離層響應變化的信息特征及其機理，為地震觀測研究提供有價值的信息；研究地球系統特別是電離層與其它相關圈層相互作用及其效應，向航空航天、導航通信等相關領域提供空間電磁環境監測數據應用服務。
趙堅介紹，“張衡一號”每5天實現對地球上同一地點的重訪，衛星觀測區域可覆蓋地球南北緯65°內的區域，重點觀測區域覆蓋我國陸地全境和陸地周邊約1000千米區域以及全球兩個主要地震帶。
鄭國光表示，“張衡一號”的發射運行具有重要的科學意義。首先是獲取全球地磁場和電離層環境及其變化信息，填補相關研究領域的空白，支撐構建全球地磁場和電離層模型，有助于我們進一步了解地震孕育發展規律；其次是基于天基觀測優勢，提升我國全境電磁場和電離層監測能力，填補地面觀測臺網在青藏高原和海域地區觀測不足。此外，還為空間天氣預警、通信導航環境監測、空間物理和地球物理研究提供重要數據支持，服務于基礎科學研究。同時也顯著提升我國在地球物理場研究領域的國際影響力。
“這顆衛星的發射和投入使用，將使我國首次具備全疆域和全球三維地球物理場動態監測的技術能力，使我國成為世界上擁有在軌運行多載荷、高精度地球物理場探測衛星的少數國家之一。”趙堅自豪地說。
電磁監測衛星要求高，衛星研制達國際先進水平
“張衡一號”在技術領域創造了我國衛星研制領域的多項首次，總體技術指標達到國際先進水平，部分技術指標達到國際領先水平。
這其中，最難攻克的就是衛星對電磁潔凈度的要求。“衛星在近地軌道地球磁場很強大的情況下，要精確探測地球磁場的細微變化，對衛星本體的電磁潔凈度提出非常高的要求。”趙堅介紹說，衛星本體磁性對磁場測量影響不確定性需控制在0.5納特，相當于地球表面磁場強度的十萬分之一。
“張衡一號”衛星試驗隊控制分系統主任設計師李貴明告訴記者：“控制系統為了達到這一要求，衛星平臺的各個單機、系統都進行了無磁化的更改。比如，去掉了有磁的紅外地球敏感器，整個飛行程序都要改變；再比如，無磁化要求太陽能帆板不能轉動，但為了保證衛星能源，又必須讓帆板對日，如何找到平衡點，團隊想了很多辦法。”
負責衛星抓總研制的中國航天科技集團五院航天東方紅衛星有限公司總監周峰介紹說，目前在軌運行的高磁潔凈度衛星全部由國外研制，我國經過艱苦攻關，衛星整星磁潔凈度達到了0.33納特，實現了國內低軌道衛星磁潔凈度控制的最好水平，達到國際先進水平。
“讓儀器載荷離衛星本體遠一點，既是低磁化的要求，也能提高有效載荷探測精度。” 周峰說，這次衛星采用的卷筒式伸桿機構，收攏時只有手掌大小，展開后長度約5米。“這是國內首次自主研制的具有輕質、低磁、一維展開特點的卷筒式伸桿機構，伸桿指向精度、展開狀態基頻等關鍵性能指標達到國際先進水平。”
“張衡一號”的首次還有不少。比如，國內首次實現在軌精確磁場探測，衛星裝載的高精度磁強計、感應式磁力儀載荷，填補了我國在近地磁場精確探測領域的空白，達到國際先進水平，使我國第一次有望獲取十分寶貴的全球地磁場數據。再如，首次實現高精度電離層電子、離子原位探測等等。
電磁監測衛星02星正在論證，將繼續加大空間科學衛星發展力度
“張衡一號”衛星上安裝有意大利提供的高能粒子探測器和奧地利提供的絕對磁場校準裝置，其中，意大利載荷與中方研制的高能粒子探測器互為補充，聯合完成空間高能粒子的探測；奧地利載荷為中方研制載荷的矢量磁場探測數據提供標量的校準。
趙堅介紹說，2011年11月，中國國家航天局與意大利航天局簽署了《中國國家航天局和意大利航天局關于和平利用外空的協議》，明確了電磁監測試驗衛星的合作事項。2013年9月，中國國家航天局與意大利航天局簽署《中國國家航天局與意大利空間局關于中國電磁監測試驗衛星合作的諒解備忘錄》。中意雙方多次召開雙邊工作組會議，明確后續載荷研制與數據處理工作的合作內容與計劃、衛星數據國際合作政策。
據介紹，為充分發揮衛星數據應用效能，遵循公開共享的原則，中國國家航天局會同中國地震局已制定電磁監測試驗衛星的數據國際合作政策。同時，中國國家航天局已牽頭組建電磁監測試驗衛星計劃國際科學委員會，國際科學委員會各成員國的科學工作者都可按規定，研究和使用該衛星的數據，共同加強人類對地球和宇宙的認識，造福世界各國人民。
隨著“張衡一號”的成功發射，趙堅透露：國防科工局正在會同中國地震局、發改委、財政部加快推動電磁監測衛星（02星）論證工作，并深化與意大利航天局的進一步合作；后續還將規劃安排電磁、重力梯度等地球物理場探測科學衛星持續發展。（記者 馮 華）
