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漫解|“张衡一号” 用卫星监测地震有啥优势?

2018-02-03 10:38 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:赵清建

  监制:光明网科普事业部

  2月2日,“张衡一号”卫星成功发射,这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。

漫解|“张衡一号” 用卫星监测地震有啥优势?

  地震预测是世界性的难题。但是,早在1800年前,东汉科学家张衡就发明了世界第一架地震仪——地动仪,并成功测报陇西地震,这比起西方国家用仪器记录地震的历史早了1700多年。目前,科研人员可以利用地质方法、统计方法和前兆方法来预测地震。但是地震呈现出极大的复杂性,能够做出的地震预报,都是短临预报,主要依靠经验。

  为什么要发射电磁试验卫星?

  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在学界被认为是一个很有希望的尝试。地震发生前,地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波,这些电磁波会往大气层传播。另一方面,地壳的运动会切割磁力线,造成磁力线的扭曲。也就是说,一旦发生强烈地震,地球内部的电磁信息就会出现异常。

漫解|“张衡一号” 用卫星监测地震有啥优势?

  发射张衡一号电磁监测试验卫星,是要建立一个监测全球空间电磁场、电磁波、电离层等离子、高能粒子沉降等物理量的空间试验平台,为探索地震前兆信息、空间环境监测预报和地球系统科学研究提供新的技术手段服务,为未来建立地震前兆电磁监测卫星业务化系统进行技术准备。

  用卫星监测地震信息有啥优势?

  利用卫星观测地震,将突破许多限制。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的实时观测。张衡一号电磁监测试验卫星在轨运行的5年中,将以标准手段对我国6级以上、全球7级以上的地震进行电磁监测,通过大量的数据积累和震例分析,有望找到其中规律,推动我国地震观测预测技术的发展。

漫解|“张衡一号” 用卫星监测地震有啥优势?

  卫星接收了电磁信息,怎么向地面迅速地传回准确的地震信息,为挽救更多的生命,提供宝贵的时间?卫星信息的下传必须依靠数传分系统,数传分系统是所有卫星必备的有效载荷,它搭建了卫星与地面的信息传输链路,是张衡一号将地震信息快速、准确传回地面的关键。跟其他卫星相比,张衡一号的数传分系统在电磁兼容性方面做了大幅度的优化,以此才能实现地震信息的准确传送。

  怎么样克服电磁辐射对卫星信息传送的影响?

  卫星中的部件都是电子器件,在工作状态中,电子器件自身和电子器件之间会产生电磁辐射和相互的电磁影响。一般卫星中,电磁辐射对卫星的正常工作影响较小,但是对于张衡一号来说,如果数传分系统本身的电磁辐射大,则会影响卫星遥感器采集数据的正确性。

  为了将卫星搜集到的地球电磁信息准确传回研究人员手中,西安分院的设计师们花了四年时间,将张衡一号的数传分系统电磁性能做到最优。在材料选用方面,尽量采用无磁性或者低磁性的器件, “我们有效载荷产品很多都需要用到螺钉,一般都会用钢的,但是在张衡一号上,必须全换成不易磁化的钛螺钉。”西安分院张衡一号电磁监测试验卫星研制负责人吴增印介绍说。

漫解|“张衡一号” 用卫星监测地震有啥优势?

  除了通过选用特殊材料降低数传分系统的电磁辐射,还可以通过调整电路设计降低自身产生的电磁辐射。吴增印说:“在电路板设计方面,尽可能地减小印制板上供电电路所形成电流环的面积。这样就可以降低电路对外辐射的磁场强度。”

  除了监测地震数据,张衡一号还能干嘛?

漫解|“张衡一号” 用卫星监测地震有啥优势?

  张衡一号卫星是我国地球物理场探测卫星计划的首发星,它不仅仅是对地观测的科学卫星,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有重要的作用,因此张衡一号卫星还能为航空航天、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。(漫画:郭立平 资料来源:航天科工局)

[责任编辑:肖春芳]

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