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身在太空 心系地球——“张衡一号”的自述

文章来源:中国航天科技集团有限公司    发布时间:2018-02-08

嗨,大家好!我的名字叫做“张衡一号”,想必这几天你们都听说过我了吧。嘿嘿,突然间得到这么多人的关注,还真有点不好意思呢!此刻,你们是不是对我充满了好奇?下面,请允许我再详细地介绍一下我自己吧!

2月2号,我在“长二丁”伯伯的托举下一飞冲天,现在已经进入了科学家们给我预定好的轨道,感觉良好!

我的“触角”

现在,我飞翔在距离地球500公里的太空中,以对整个地球一览无余的视角监测着地球磁场、电场、等离子体、高能粒子的一举一动。

作为中国第一颗观测与地震活动相关电磁信息的卫星,我是中国地震立体观测体系的第一个天基平台,也是中国地球物理场探测卫星计划的首发星。也就是说,我有两大方面功能:一个是监测与地震相关的电磁信息,另一个就是为地球物理场的探测提供数据支撑。

地震在孕育发生过程中,地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波。这些电磁波能够传往大气层,同时,地壳运动切割磁力线,造成磁力线的扭曲。所以,一旦发生地震,地球内部的电磁信息就会出现变化。

为了观测这些变化,我身上带了3种8个有效载荷,它们是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。

它们就像我的“触角”一样,能够感受到来自地球磁场、电场、等离子体、高能粒子的各种变化。不同于我的前辈遥感卫星们能够成像,我是靠“感觉”的。

可我的这些“触角”又不像你们人类的眼、耳、口、鼻一样能够天生就配合得那么默契,我的研究人员费了好大劲儿才让它们在我身上“和谐相处”。既要能让它们都能在我身上良好工作,又不能让它们互相影响,这是研究人员第一次一次性搞定这么多载荷,真的很不简单!


我的“臂膀”

我长得方头方脑的,主体身高1.4米,730公斤左右。看这身板,我其实还是颗“小卫星”呢。我只有一个太阳能帆板,但它已经能够给我提供充足的电源了。到了天上,我还“长出”了6根4米多长的伸杆,就像哪吒的“三头六臂”一样!

研究人员说,在距离地球500公里的高空观测磁场变化,相当于在一头大象身上测出一只蚂蚁的重量变化,并描述大象的情况,而且误差不能超过蚂蚁的重量。这不仅要求我的“触角”足够灵敏,还要求我自身的磁洁净度足够高,能够“隐身”在电离层中。

我身上6个有力的“臂膀”伸杆机构就是大“功臣”了。它们能够把有效载荷伸展到远离星体的位置,避免我本身的电磁环境对有效载荷测量精度的影响。“距离产生美”,说的就是我和有效载荷们呀,我们之间的距离是越远越好。

我的臂膀分两种,一种是卷筒式伸杆,类似魔术表演中的魔术棒,收拢时只有手掌大小,展开后可以长达5米;另一种是铰链式伸杆,就像我们的手臂,张开后长度可达5米,收纳比为39,达到国际领先水平。

再给你们说形象点吧,如果把我们这次任务比作孙悟空西天取经,那么伸杆机构就是孙悟空的法宝“金箍棒”,它能缩能伸,发射时收拢在“孙悟空”耳朵里,以承受发射过程中的各种阻力。

“金箍棒”的材料可谓是精挑细选。为了满足磁洁净度要求,伸杆机构上的每一种材料都经历过严格的筛选和测试;“金箍棒”在地面上经历了多次高低温循环试验,以确保它在遥远的轨道上可靠展开,可谓是“真金不怕火炼”。更为重要的是,“金箍棒”展开后还能纹丝不动,在轨经历超过200度温度交变后,有效载荷位置变化不会大于一枚硬币的厚度。

截至目前,我是国内安装伸杆机构最多的一颗卫星,伸杆机构的关键性能指标也达到国际先进水平。现在,我的磁洁净度比要求的0.5纳特还高,只有0.33纳特。科学家说,这一技术弥补了中国天基科学探测领域发展的一大短板,对后续空间探测任务的发展有着重要意义。


我的本领

一般情况下,我有两种工作模式:为了保证磁洁净度,在有效载荷工作的时候,我的太阳能帆板就会停止工作,避免对有效载荷带来扰动;在有效载荷停止工作后,我的帆板就会对日跟踪,提供充足的电能。

假如地球上某个地方发生了地震,不管是在震前还是震后,只要在我的覆盖区域内,我都会如实记录下我感受到的电磁场、等离子体和高能粒子状况,这些监测数据都会提供第一手、最真实的数据资料,供科学家研究。

尤其是在中国全境、周边区域以及环太平洋和地中海-喜马拉雅两大地震带,我会工作得更加仔细,排查得更加认真。

因为在天上,所以我能够跳出地球看地震,可以突破许多地震研究的限制,比如在海域、边境、自然条件恶劣的地区,就能填补地面观测能力的不足或空白。

不过地震毕竟是发生在地表以下,从地下十几公里到地表再到我这里,各种信号在传输中就会有所衰减,而我记录与地震明显相关的扰动信息需要辐射源达到一定的强度。也就是说,只有地震释放出的信号能量达到一定程度时才能够被我捕捉记录到。

科学家们说,地震级别相差一级,能量差距可达33倍。从目前观测结果和理论推算看,6级以下的地震在电离层产生的信号非常微弱。所以,我现在能够监测的就是全球7级、中国6级以上地震的电磁信息。

统计数据显示,现在7级以上地震,中国3年2次,全球每年18次;6级以上地震,中国每年4次,全球每年150次。这个数量还是很大的,而且大部分地震发生在人烟稀少、地面台网监测不到的地方,这就是我能够大显身手的地方!


我的未来

科学家们说,地震机理研究若要实现跨越式发展,需要观测能力、数据分析处理能力及地震领域科技理论的大幅度提升,我要做的就是第一步——提升观测能力。“天上一天,地上25年”,我在天上一天得到的数据可能是在地面上25年才能获得的数据,而只有统计足够多的震例信息才能够支撑地震研究。

所以,我会通过监测全球空间电磁场、电离层等离子体、高能粒子沉降等物理现象,来积累足够多的震例信息,探索地震电离层相应变化的信息特征及其机理,以供科研人员研究参考,为地震观测研究提供有价值的信息。

与此同时,我的探测数据也能为空间物理和地球物理研究提供重要数据支持,包括空间天气预警、通信导航环境监测、空间物理和地球物理研究等,服务于基础科学研究,使中国首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力。

这次,我的成功得益于很多国家的共同支持,法国、俄罗斯、欧空局等都向我的科学团队提供了大量历史和在轨的电磁卫星数据,分享了他们的研究成果和研制经验,意大利空间局和奥地利空间所也提供了相应的有效载荷。

正因如此,我的观测数据还将对其他国家的科技工作者们开放,供大家一起研究使用,加强人类对地球和宇宙的认识,造福世界各国人民。

当然,毕竟我一颗星的能力是有限的,而且,地震预测是世界性的未解难题,我从数据观测做起,离预报地震还有很长的路要走。

所以,科研人员还在继续努力,争取早日给我增加“帮手”,根据相关的发展规划,张衡一号02星有望在2020年发射!我会在天上好好工作,站好我这班岗,同时期待更多小伙伴们加入进来!


【责任编辑:李巨尧 】

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