“张衡一号”卫星――
主要科学载荷“电场探测仪”兰州造
电场探测仪。510所供图
每日甘肃网2月3日讯(兰州晨报记者武永明)2月2日，我国首颗电磁监测试验卫星――“张衡一号”卫星发射成功，开启了我国自主开展空间等离子体环境和空间电磁场探测与研究的序幕。由中国航天科技集团公司五院510所研制的专门用于空间等离子体环境电场监测的高精度空间“电场探测仪”，作为卫星主要科学载荷之一，是我国首次在卫星上应用的高精度电场探测仪器，同时也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。据悉，兰州造“电场探测仪”将于2月5日第一次在轨开机。
“张衡一号”卫星有啥用？
“张衡一号”卫星有什么作用？为什么要开展空间等离子体环境和空间电磁场探测与研究？
510所副所长王润福说，地球的周围有着一层薄薄的“壳”――空间等离子体环境，等离子体态的物质的性质在某种程度上就像是水一样，当受到地壳运动、地面人类活动等影响时，其中的电磁波就像水中的涟漪一样，在等离子体环境里传播。近年来，科学家发现地震也会对空间等离子体环境的电磁场产生影响，甚至会在地震前就已经开始了影响。因此，科学家希望通过研究空间等离子体变化与地震活动的关联规律，来探索如何攻克“地震预报”这一千年难题。
“张衡一号”卫星正是在这样的背景下诞生的，用我国古代伟大的科学家张衡的名字命名，旨在表达用空间探测的手段预报地震的愿景。
7年磨剑，“电场探测仪”终上天
王润福说，2008年汶川大地震后，我国决定开展“张衡一号”卫星研制，以期未来可以通过卫星和相关技术建立的大数据库预测地震活动。由于核心技术基本都由国外掌握，展开研制出这样一颗卫星的信念深深地印在每一位中国航天人心里。
2011年，510所正式开展“电场探测仪”的研究，2013年国家正式立项“张衡一号”卫星。经过7年科研攻关，510所成功研制的“电场探测仪”，成为“张衡一号”卫星上最重要的两个科学载荷之一。510所空间探测载荷工程中心技术总监雷军刚说：“我们成功研制的‘电场探测仪’复合电缆直径3毫米，里面有12根线，别看电缆很细，但最大可拉起20公斤重的东西。当时，一位法国专家听到我们的产品指标后连称不可能。因为，法国研制的电缆直径要4毫米，而中间也只有8根线。他认为我们不可能做出比法国更先进的产品，但当他看到实物之后连呼‘不可思议’。”
“电场探测仪”长啥样？
“电场探测仪”长啥样？510所空间探测载荷工程中心副总王 说，“电场探测仪”采用了主动式双探针测量原理，由4个球型传感器、4套传感器电缆组件和一件信号处理单元构成。为了感知空间三维电场，探测仪通过伸杆向卫星本体外伸出四个传感器，每个传感器距离卫星4.5米，如四个灵敏的触角。每个触角都能准确地感知其所在周围等离子体环境电势，而两触角间电势差与距离的商就是两触角方向的电场。打个比方，就像是我们可以通过水中的四个木块的高低变化，来探测水波的立体变化情况一样，只不过探测等离子体中的电场信号的“木块”要求很高，是4个内部具有高灵敏测量电路的“球”，这样的“球”可以探测到非常微小的等离子体电势变化，好比可以在喜马拉雅山那么高的浪头上分辨出一滴水珠一样。
“我们的这个‘电场探测仪’其灵敏度与国外同类产品相比要高出一个量级。”王 说。
卫星在太空如何工作？
在卫星内部，有一个被称为“信号处理单元”的高灵敏电子学测量设备，就是探测仪的“大脑”。它把“触角”探测到的微小“波动”细分成十几个通道，进一步精细处理，变成数字量，分成频谱，再依靠卫星通讯能力，把这些科学数据传到地面，供科学家研究地球周围等离子体空间的奥秘。为了把这些微小的“波动”传到卫星内部，“触角”们还需要4根纤细却“坚韧”的“神经”――“电场探测仪复合电缆”。卫星上天后，这些“神经”就藏在“触角”内部，将感受到的每一丝电磁场波动可靠地传递给“大脑”。
王润福说，由于卫星每90分钟绕地球一圈，传回探测到的电场和磁场以及其他相关数据，在形成一个庞大的数据库后，科学家可以根据这些数据来研究空间等离子体变化与地震活动的关联规律，这对于预测地震的发生很重要。
深度新闻
“张衡一号”升空拉开我国天空地一体化地震立体监测“序幕”
2日，我国首颗电磁监测试验卫星在酒泉卫星发射中心发射升空。这颗以张衡名字命名的科学试验卫星，将在高度约500公里的太阳同步轨上开展全球7级、中国6级以上地震电磁信息分析，为地震机理研究、空间环境监测和地球系统科学研究提供天基平台和新的技术手段。
“‘张衡一号’有6根超高收纳比的伸杆机构，2根铰链式4根卷筒式。收拢时只有手掌大小，展开后4米多。如此一来，就让原本挤在一起的各种载荷散开队形，互不干扰，各取所需。”卫星机械总体设计师刘江说。
电磁监测试验卫星“武器”多多，搭载3类8种科学载荷：探测电磁场的高精度磁强计、感应式磁力仪和电场探测仪；探测等离子体的朗缪尔探针、等离子体分析仪、GNSS掩星接收机和三频信标机；探测高能粒子的高能粒子探测器。
在近地轨道灵敏、稳定、精确探测地球磁场变化，对卫星本体电磁洁净度提出非常高的要求。作为电磁监测试验卫星，“张衡一号”研制中最大的难点是让卫星相对于它的科学载荷“隐身”起来。
没有金刚钻，不揽瓷器活。“‘张衡一号’打造了我国新一代磁洁净平台，整星磁洁净度达0.33纳特，不到地球表面磁场强度的十万分之一，几乎把卫星本体无磁化了。”航天东方红卫星有限公司周峰总监说。
国防科工局系统工程司赵坚副司长表示，作为我国首颗观测与地震活动相关电磁信息的卫星，“张衡一号”的成功发射是我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑。
“目前利用电磁监测试验卫星尚不能直接预测预报地震，主要用于地震电磁电离层前兆信息研究，为未来建立地震监测体系进行前期技术储备，但我们探索地震孕育机理的脚步不会停止。”赵坚说。
“‘张衡一号’弥补了常规地面地震监测手段的不足，开启了我国全疆域和全球三维地球物理场动态监测新时代。有了它，每年可以收集到全球10多次7级以上地震和150次左右6级地震。卫星监测1年的信息量，地面监测需要20多年，能够帮助科学家提高对地震孕育发生规律的认识。”电磁监测试验卫星工程首席科学家申旭辉说。
据新华社甘肃酒泉2月2日电
记者余晓洁 刘斐 董博婷
