“张衡一号”:在天上“看”地震有多难

2018-02-05

22日,我国首颗电磁监测试验卫星张衡一号发射升空,这让我国成为目前全球拥有在轨运行的多载荷、高精度地球物理场探测卫星的少数国家之一,为地震预测这道世界性难题的解答,提供一种新的尝试思路。

从外形来看,张衡一号的体积并不大,是一个约1.4×1.4×1.4米的立方体,重量也只有700多公斤。不过,这颗卫星的长相却有点奇怪——单太阳翼,装载有6根伸展长度4米多的伸杆,看上去有点像一个炸了毛的卫星。

这,恰恰是它的一大优势。

 “张衡一号卫星的抓总研制单位、航天科技集团五院东方红卫星公司总监周峰说,张衡一号上的伸杆,可将有效载荷即一双双盯着地球磁场的眼睛,尽可能大距离地远离星体的位置,避免受到卫星本体器件的电磁干扰”——这是提高眼睛探测精度的必要条件。

说白了,离卫星本体越远,受到的电磁干扰越小,眼睛里的杂物越少,得也就越清楚。

 “张衡一号的工作原理听上去并不复杂,即卫星在天上盯着地球磁场,一旦后者发生变化,哪怕只是起了些许的涟漪,就立即上交数据进行研究,因为引发磁场变化的一大可能,就是500公里外的地球上发生了较大的地壳活动——地震。

鲜为人知的是,这颗卫星站岗所在的太阳同步轨道,是一个布满了电子、离子的电磁世界,这里受到太阳、月球引潮力以及地球中高层大气的扰动,常常是波涛汹涌。国防科工局系统工程司副司长赵坚说,卫星在这里工作本就十分不易,还要探测这里的磁场变化情况,更是难上加难。

他告诉记者,打铁还需自身硬,想要精确看到地球磁场的细微变化,首先要求卫星本体的电磁信息足够干净。他给出一组数字:卫星本体磁性对磁场测量的影响不确定性需控制在0.5纳特,这相当于地球表面磁场强度的十万分之一。

周峰说,科研人员最终打造出来的张衡一号整星,其磁洁净度达到了0.33纳特,这是在国内首次实现低地球轨道卫星高精度电磁洁净度控制,达到国际先进水平。

此次任务中的伸杆机构也有两种,一种类似魔术表演中的魔术棒,叫卷筒式伸杆机构,其收拢时只有手掌大小;另一种类似人类的手臂,叫铰链式伸杆机构,两种机构展开后长度均可达到5米。

周峰告诉记者,这两种伸杆的选材过程可谓百炼成钢,既要能够保证其在轨时能够可靠展开,也要确保其在轨经历超过200℃的温度交变时,那些眼睛5米长的杆子上,其位置变化量不大于2毫米,即大约一枚硬币的厚度。

周峰说,这是我国第一次实现高收纳比伸杆机构的国产化,一些关键性能指标达到国际先进水平。此次伸杆设计,也让我国星上探测载荷之间的距离,由不到2米延展至超过10米,创造了国内小卫星伸展载荷的新纪录。

值得一提的是,张衡一号安装了电场探测仪,这一载荷旨在探测卫星轨道环境空间电场,是目前国际上运行在太阳同步轨道上功能配置最全的空间电场探测仪器,由航天科技集团五院510所研制。

航天科技集团五院510所专家说,这个探测仪要感知太空中的三维电场,需要通过伸杆向卫星本体外伸出”4个传感器,就像4个具有高灵敏测量电路的

这位专家表示,这样的可以探测到等离子体的电势变化——这种变化非常微小,就好比要在喜马拉雅山那么高的浪头上,分辨出一滴水珠,难度之大可见一斑。

 

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