经济日报：“张衡一号” 借助“天眼”探地震

“张衡一号”卫星运行示意图

1800年前，东汉科学家张衡创造出一件传世杰作——地动仪，这是世界上首架地震仪。当时利用这架仪器，我国成功测报了西部地区发生的一次地震，这比西方国家用仪器记录地震的历史早了1700多年。

时光穿越，“张衡”来到了2018年2月2日。这一次，被命名为“张衡一号”的卫星在酒泉卫星发射中心成功发射，它将借助“天眼”看地震

“张衡一号”由中国航天科技集团五院抓总研制，是首颗我国自主研制的电磁监测试验卫星。该卫星的成功发射使得我国首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力，成为全球唯一拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测试验卫星的国家，这标志着我国地震监测和地球物理探测领域的探索正式迈入太空。

为什么要用卫星监测地震

卫星具有覆盖范围广、电磁环境好、动态信息强、无地域限制等优势，可以弥补常规地面地震监测手段的不足

我国地震区域分布广、强度大、震源浅，是世界上大陆地震活动最强烈、灾害最严重的国家之一，地震灾害的潜在危险对于我国社会发展造成的影响不容轻视。

地震预测是世界性难题。二十世纪五六十年代，世界上才开启地震研究，至今取得了一定进展。学界认为，通过卫星电磁监测的方法发现地壳异动，从而获得地震即将发生的信息是很有希望的尝试。一方面，地震发生前，地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波，并传播至大气层。另一方面，地壳运动会切割磁力线，造成磁力线扭曲。

据国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍，卫星具有覆盖范围广、电磁环境好、动态信息强、无地域限制等优势，使用卫星研究地球电磁环境能够从更大尺度上提高对地震孕育发生规律的研究和认识，弥补常规地面地震监测手段的不足。

例如青藏高原、海洋等地震台网不能完全覆盖地区，通过卫星就可以实现全疆域实时观测。“张衡一号”电磁监测试验卫星在轨运行的5年中，将以标准手段电磁监测我国6级以上、全球7级以上的地震，并通过大量数据积累和震例分析，推动我国地震观测技术发展。

“应该指出，目前利用电磁监测试验卫星尚不能直接预测预报地震，主要是用于地震电磁电离层孕育肌理研究，为未来建立地震监测预报体系进行前期技术储备。”赵坚说。

怎样从天上“探”地震

地球外围的空间等离子体环境受到影响时，会传播相应电磁波，研究其变化与地震的关联规律，有望探索地震监测新方法

地震活动复杂多变，远在天外的卫星是怎样探测感知地上变化的呢？原来， 地球的周围有着一层薄薄的“壳”——空间等离子体环境，其中物质的性质在某种程度上就如同水一般，当受到地壳运动、地面人类活动等影响时，产生的电磁波就会像水中的涟漪一样，在等离子体环境里传播。

近年来，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。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，来探索地震监测新方法。

“张衡一号”卫星正是在这样的背景下诞生的，用我国古代探索地震的伟大科学家张衡来命名，以表达用空间探测手段监测地震的愿景。其中的主载荷是由中国航天科技集团五院510所研制的电场探测仪，它旨在探测卫星轨道环境空间电场，是目前全球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。

为感知空间三维电场，探测仪通过伸杆向卫星本体外伸出4个传感器，正如4个灵敏的触角，能准确感知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，运用多组不共面方向的电场便能换算出空间三维电场。

打个比方，这就像我们能通过水中4个木块的高低变化，来探测水波的立体变化情况一样。只不过对探测等离子体电场信号的“木块”要求很高，它们是4个内部具有高灵敏测量电路的“球”，可以探测到非常微小的等离子体电势变化，就好比可以在珠穆朗玛峰顶上分辨出一滴水珠。

而在卫星内部，有一个被称为“信号处理单元”的高灵敏电子学测量设备，这是探测仪的“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”——科研人员称之为“电场探测仪复合电缆”。在卫星发射前，它们把“触角”稳稳地拉住；当卫星上天后，再通过先进的机构让触角笔直地伸展出去，这些藏在“触角”内部的“神经”，可以把“触角”感受到的电磁场波动忠实可靠地传递给“大脑”。

“张衡一号”为什么了不起

“张衡一号”是我国地球物理场探测卫星计划的首发星，将大幅提升全球空间电磁场、电离层等探测数据获取能力

赵坚介绍，“张衡一号”是我国地球物理场探测卫星计划的首发星，实现了在低地球轨道对空间电磁场、电离层等离子体、高能粒子的监测，填补了我国从空间电磁环境方面开展地震学、地质学等相关研究的空白，将大幅提升全球空间电磁场、电离层等探测数据获取能力。

此外，“张衡一号”还是对空间环境直接观测的卫星。空间电磁环境对于通讯、导航、航天、航空以及大气层环境都具有重要作用，因此“张衡一号”还能为航空航天、通讯导航、大气等多个领域提供空间电磁环境监测数据，为空间科学研究和应用服务。

电测监测实验室首席科学家兼工程副总师申旭辉告诉经济日报记者，“张衡一号”卫星完成在轨测试后，将交付中国地震局使用，履行我国第一颗以电磁监测研究为主要应用背景、专业进行电离层电磁扰动监测卫星的使命，将使我国首次具备全球地磁场和电离层信息获取能力，构建具有完全自主知识产权的全球地磁场和电离层模型。

据悉，在国家主管部门的领导下，“张衡一号”将为全球用户提供电磁场、高能粒子、等离子体等多方面的数据，并与国际上多个国家开展卫星应用和科学研究方面的深入合作，带动引领我国地震监测领域研究的国际化发展潮流。

“‘张衡一号’卫星将为我国经济社会建设提供强大推动力，为国家战略决策提供翔实、可靠的依据，有利于加速构建天空地一体化的地震立体观测体系；也是惠及社会民生、构建地震立体观测体系的重要步骤，最终将为构建和谐社会贡献力量。”申旭辉说。（记者 姜天骄）