我国首颗电磁监测试验卫星升空 “张衡一号”成功发射

科研人员在工作中电场探测仪产品（（信号处理单元和传感器信号处理单元和传感器））科研人员检验测试电场探测仪模型图（传感器）

【新华社甘肃酒泉2月2日电】2日15时51分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，进入预定轨道。这标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。

记者从国防科工局、国家航天局获悉，“张衡一号”是我国全新研制的国家民用航天科研试验卫星，是我国地球物理场探测卫星计划首发星。

“‘张衡一号\’覆盖范围广、电磁环境好、动态信息强、无地域限制，将开展全球空间电磁场、电离层等离子体、高能粒子沉降等物理现象的监测，为地震机理研究、空间环境监测和地球系统科学研究提供新的技术手段。”国防科工局系统工程司副司长赵坚说。

2013年，国防科工局、财政部共同批复电磁监测试验卫星工程。卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团五院航天东方红卫星有限公司、上海航天技术研究院研制；发射和测控任务由中国卫星发射测控系统部负责；应用系统由中国地震局建设和运行。

航天东方红卫星有限公司周峰总监表示，“张衡一号”具有多载荷集成、高精度定标等特点，载有高精度磁强计、等离子体分析仪、高能粒子探测器等8种有效载荷。此外，卫星所载的意大利高能粒子探测器，将与中方研制的高能粒子探测器互为补充联合探测。

“张衡一号”总体技术指标达到国际先进水平，部分技术指标达到国际领先水平。“‘张衡一号\’创造了多项国内‘首次\’首次实现低地球轨道卫星高精度电磁洁净度控制，弥补了我国天基科学探测领域发展的短板；首次实现在轨精确磁场探测，卫星装载高精度磁强计、感应式磁力仪载荷，有望获取宝贵的全球地磁场数据。”电磁监测试验卫星工程首席科学家申旭辉说。

此次任务搭载发射了“少年星一号”等六颗国内外微小卫星。

“少年星一号”微小卫星源于10多万中小学生的创意和梦想，是我国首颗教育共享卫星。所有建有卫星测控分站的中小学校和教育机构，均可使用“少年星一号”数据开展航天科普教育。

探密

帮助“张衡”探地震

510所为我国首颗电磁监测试验卫星研制关键载荷

2月2日，我国首颗电磁监测试验卫星“张衡一号”卫星顺利发射升空，拉开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。这颗卫星上搭载了多种空间电磁场、空间等离子体及高能粒子探测仪器，其中专门用于空间等离子体环境电场监测的“电场探测仪”是由位于兰州市的中国航天科技集团公司五院510所（以下简称510所）研制，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“张衡一号”卫星的主要科学载荷之一。

历时七年研制成功

也许有不少人会问“张衡一号”卫星到底有什么作用？为什么开展空间等离子体环境和空间电磁场探测与研究？510所副所长王润福告诉记者，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、地面人类活动等的影响时，其中的电磁波就会像水中的涟漪一样，在等离子体环境里传播。近些年，科学家们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。因此科学家们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。

王润福说，我国决定开展“张衡一号”卫星的研制是源于2008年。当年我国发生了汶川大地震，地震造成了灾难性的后果，当时国家决定通过研究空间等离子体变化与地震活动的关联规律，希望在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，有效地避免地震灾害带来的影响。“由于当时我们国家没有开展过这方面的研究，核心技术基本都是由国外掌握，因此我们希望能与欧洲国家合作，但是由于各种原因我们走上了自主研究之路。”他遗憾地说。

虽然与外国的合作没有成功，但是要研制出这样一颗卫星的信念深深地印到了每一个中国航天人的心中，虽然项目尚未立项，但是不少人都为此学习和研究着，510所的科研人员就在其中。2011年，510所正式开展电场监测仪的研究，2013年国家正式立项“张衡一号”卫星，用我国古代探索地震的伟大科学家张衡的名字来命名，以表达用空间探测的手段预报地震的愿景。经过6年的刻苦攻关，510所的科研人员终于成功研制出高精度空间电场探测仪，该仪器的分辨率比国外同类产品高40倍，达到国际先进水平，使我国不再受制于人。这个仪器是“张衡一号”上最重要的两个科学载荷之一。“卫星既然是电磁监测试验卫星，那么主要功能就是监测空间电场和磁场，我们的仪器就是探测电场的。”王润福告诉记者。

助力“张衡一号”探测地震活动

那么这个电场探测仪到底是什么样子？到了太空中是怎么开展工作的？510所空间探测载荷工程中心副总王鷁告诉记者，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米的距离，正如四个灵敏的触角。每个触角都能准确的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，多组不共面方向的电场便能换算出空间三维电场。“比喻起来，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，用来探测东西的是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，就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。因此，我们这个电场探测仪的灵敏度是非常高的，与国外同类产品相比，灵敏度要高一个量级。就好比他们的尺子最大可以量出分米级别的长度，而我们则是厘米。”他骄傲地说。

王鷁说，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，再依靠卫星强大的通讯能力，把这些科学数据传到地面来，供科学家们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”我们称之为“电场探测仪复合电缆”。在卫星发射之前，它们把“触角”稳稳地拉住，而当卫星上天后，再通过先进的机构让触角笔直地伸展出去，这些“神经”就藏在“触角”内部，把“触角”感受到的每一丝电磁场波动忠实可靠地传递给“大脑”。

“由于卫星每90分钟绕地球一圈，并会传输探测到的电场和磁场以及其他相关数据回来，这些数据在形成一个庞大的数据库之后，我国的科学家就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，虽然数据的分析和研究可能会经历一个比较长的时间，但是这对未来预测地震的发生有着很重要的作用。”王润福说。

多项技术打破国外垄断

电场测试仪虽然是国内首次研制，但是产品设计指标达到了国际先进水平，部分技术指标比国外同等设备的技术指标高10倍以上。而这一切是510所科研人员通过2000多天夜以继日的刻苦攻关才做到的。

“我们研制电场测试仪可以说是从头开始，在这个过程中遇到了很多困难，其中不少都是因为外国的技术封锁造成的。”510所空间探测载荷工程中心技术总监雷军刚直言不讳的告诉记者。“电场测试仪中有一个转动导电的装置，因为装置只有蚕豆大，国内没有办法生产，当时我们只能向国外的一家公司购买，但是由于种种原因最后我们并没能如愿购买到这样的元件。无奈之下我们就只好转回国内自己研究制作这个原件，经过科研攻关以及与相关企业的合作，终于研制出了自主制造的元件，也打破了国外的技术垄断。”

电场探测仪复合电缆也是打破国际技术垄断的产品。“当时这个电缆也是被国外限制，买不到成品，我们只好自己研制，研制成功的电场探测仪复合电缆直径3毫米，里面有12根线，你别看电缆很细，但是最大能拉起20公斤重的东西。”510所空间探测载荷工程中心设计师宗朝说，“我们在研制成功这个线缆之后，当时法国方面的一位专家刚好到我们所来，听到我们的产品指标之后，他有点不太相信，希望能看一看实物。因为法国研制的电缆直径也是3毫米，而中间只有10根线。但是当他看到实物之后连连大呼‘不可思议\’，并且希望我们能送给他一米电缆，让他回去研究研究。当然我们没有拒绝他的要求。”他笑着告诉记者。

□兰州日报全媒体记者孙理/文图由510所提供

功能

“张衡一号”有哪些本领

【新华社甘肃酒泉2月2日电】公元132年，我国东汉天文学家张衡发明了世界上最早的地动仪，成功测报了陇西地震，比西方国家用仪器记录地震的历史早1000多年。

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。

六臂“变形金刚”电磁洁净度高“武器”多

在卫星大家族里，“张衡一号”是名副其实的小个头：边长为1.4米的立方体，发射质量约730千克。别看个头小，它可是个载荷多、本领大、能屈能伸的“变形金刚”。

2013年，国防科工局和财政部联合批复电磁监测试验卫星工程立项。作为我国地震立体观测体系的第一个天基平台，“张衡一号”卫星由中国航天科技集团所属五院航天东方红卫星有限公司抓总研制。

“‘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。

开启我国全疆域和全球三维地球物理场动态监测新时代

“张衡一号”是我国地球物理场探测卫星计划首发星。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。

电磁与地震有什么关联？地震是由地壳运动产生的一种自然现象，地壳运动能切割地球磁力线，或通过“摩擦起电”产生电磁辐射。

早在1965年，苏联科学家就发现了卫星电磁观测在强地震前的异常现象，这一现象被随后发射的多颗卫星反复观测到。21世纪以来，美国、法国、乌克兰等国先后发射电磁卫星，用于研究与地震、火山相关的电离层变化及其机理等。

为什么要发射卫星通过天基平台进行监测？

我国地震地面监测网只能获取非常有限的相关电磁信息。而卫星监测覆盖范围广，电磁环境好，动态信息强，且无地域限制。

“‘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。

得益于国际合作服务科学研究

发射成功后，“张衡一号”将迎来为期半年的在轨测试，通过星地比测和国际联测的“模拟考”检验数据质量，之后在轨交付“转正上岗”。

“‘张衡一号\’得益于国际合作，星上装载有意大利高能粒子探测器。各国科学家对‘张衡一号\’寄予厚望。接下来，我们将推进数据共享和国际联测方面的合作。”中国地震局科学技术司（国际合作司）司长胡春峰说。

亲临发射现场的意大利航天局局长巴蒂斯通表示，“中国的‘张衡一号\’是一颗配备良好、致力于获取空间探测和地震活动之间关联性的卫星。它将以极高灵敏度成为地震科学研究的重要贡献者。”

“地震预报是世界难题。与法国电磁监测卫星Demeter相比，‘张衡一号\’增加了新的电离层探测载荷和科学试验。”法国Demeter卫星计划首席科学家米歇尔·帕罗特说。

“张衡一号”每5天实现对地球上同一地点的重访。根据相关发展规划，后续卫星正加速立项，“张衡二号”卫星有望于2020年发射。

意义

对我国地震科研推进极大

【新华社甘肃酒泉2月2日电】2日，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。

作为我国地球物理场探测卫星计划首发星，“张衡一号”有何使命？科学目标是什么？在我国地震立体监测体系中将发挥怎样的作用？中国地震局局长、电磁监测试验卫星工程总指挥郑国光第一时间为您权威解析。

记者：“张衡一号”工作原理是什么？

郑国光：地震是发生在地下深部的构造活动，在其孕育过程中由于能量的大量积累激发产生相关形变、电磁辐射及地下流体、化学物质的放射等，这些信息在地表积累进而传播影响到电离层变化。

地震电磁效应能够通过多种方式传播到电离层，引起电离层和大气层的变化。电磁监测试验卫星通过实时监测空间电磁环境状态变化，研究地球系统特别是电离层与其他各圈层的相互作用和效应，初步探测地震前后电离层响应变化的信息特征及其机理。

记者：“张衡一号”科学目标是什么？

郑国光：“张衡一号”不能直接预报地震，但可以监测电磁异常积累典型震例，研究地震电磁电离层信息特征及机理，研发地震电磁电离层前兆信息提取方法。初步建立全球电离层和地磁场模型，研究地球系统各圈层相互作用及其效应。

此外，推进空间天气预警、通信导航环境监测以及电离层物理和地球物理的科学研究。

记者：“张衡一号”主要数据产品有哪些？郑国光：电磁监测试验卫星的主要数据产品包括地球电场、磁场分频段波形和频谱数据，地磁场矢量数据和总强度数据，电离层等离子体原位电子、离子温度和密度数据，电离层电子密度层析成像数据，电离层高能粒子通量和能谱数据，全球7级、中国6级以上地震的电离层扰动震例研究数据，地磁场、电离层模型及相关科学研究产品等。

记者：“张衡一号”在我国地震立体监测体系的作用是什么？

郑国光：伴随空间电磁探测技术的不同发展和探测水平的不断提高，以及大量地震前的显著电离层短临扰动特性，地震电离层研究受到世界各国的广泛关注，而中国电磁卫星计划的确立为构建地震电磁三维立体监测体系提供了一条无可替代的空间探测技术途径。

电磁卫星丰富的载荷为天地联合观测模式打开了通道，与地基形成较好的补充和配合。希望通过立体监测体系深化不同探测参量之间的关联，验证完善地震电离层耦合理论模型，以数据发展校验模型，以理论带动技术的发展思路，最终实现理论模型下的多参量有机串联和组合，在地震电离层立体监测体系的框架下，为地基和卫星地震电离层立体监测提供理论指导和科学建议。

记者：国家对电磁监测试验卫星有过什么样的阶段性规划？

郑国光：我国电磁监测试验卫星“张衡一号”及其后续卫星计划已纳入国家民用空间基础设施中长期发展规划，“张衡二号”已经通过可研评估，预计2020年发射。

记者：“张衡一号”技术应用领域及辐射范围有哪些？

郑国光：建设天基电磁监测设施，是落实相关国家规划，提高地震监测能力的重要手段。要充分利用航天技术，逐步构建天空地一体化的地震立体观测体系。基于天基电磁观测平台获取全球电磁信息，对提高地震监测能力和科学研究具有重要意义。电磁监测试验卫星将大幅度增加震例检验的机会，能够很好地满足地震研究时效性要求。

电磁监测试验卫星数据还将为空间天气预警、空间物理和地球物理场模型研究提供重要数据支持，服务于我国基础科学研究，提高我国在相关领域的国际地位。

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