张衡一号：跳出地球看地震

为掌握地震动态，我们的祖先张衡曾经发明了世界上第一台地动仪，如今，研究地震科学的又一“神器”即将横空出世。1月17日中国经济网记者从全国地震局长会议上了解到，首颗由我国自主研发建造的电磁监测试验卫星张衡一号将于今年发射、投入使用。届时我国将首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力，也是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。

世界上关于地震能否预报，科学家们一直存在争论。我国中科院院士、地球物理学家陈运泰曾经表示，对地震预报应该持有审慎的乐观。许多科学家相信，自然科学毕竟是有解的，经过几代人的艰苦努力，加快科学探索的征途，地震预报有可能在未来的某个时候实现。

地震预报究竟难在哪里？为什么如此先进的现代科学无法破译其中奥秘？

电磁监测试验卫星工程副总设计师申旭辉告诉中国经济网记者，摆在科学家面前有三座大山：首先，地震事例太少，不足以帮助科学家形成完整的科学体系和方法体系。“比如六级地震在中国每年只能遇到三四次，七级地震在中国每三年才能遇到两次，这样的数据连统计分析都不够。”申旭辉说。

其次，地震科学研究的方法和手段受到很多制约。地震发生在地下，科学家们很难去地下看怎么回事，而地面的探测站点毕竟分散，很难把全球的地球物理场搞清楚。此外，地震研究的基本理论本身起源于早期的牛顿物理学，而如今物理学发展很快，基础理论学科相互交叉渗透，地震研究迫切需要吸收其他相关学科的理论。

如何跨越这三座大山？“无非上天入地。”申旭辉说，“地震是地壳运动，这种运动会切割磁力线，造成磁力线的扭曲，我们可以通过卫星捕捉这些信号，跟踪地震前兆。”

发射一颗卫星，跳出地球看地震，将突破许多地震研究的限制。“在地面上，像青藏高原的极寒地区地震台网不能完全覆盖，面积广阔的海洋我们也观测不到，但是卫星上天后，就可以不受这些自然环境的约束，对全疆域实时观测。而且，地球和太阳之间的作用力，对于板块运动及地震研究都有帮助，跳出地球看地震，可以借鉴现代物理学和空间科学的成果促进地震科学的发展。”申旭辉说。

记者从中国地震局了解到，今年要发射的电磁监测试验卫星是我国立体地震观测体系第一个天基平台，它将发挥空间对地观测的大动态、宽视角、全天候特点，获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子观测数据，研究地球系统特别是电离层与其他各圈层相互作用及其效应。它可以对中国及其周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪，弥补地面观测的不足，进一步推进我国立体地震观测体系建设，开辟探索地震监测预测新途径。同时，卫星还能为航空航天、导航通讯等领域提供空间电磁环境监测服务。

对全球实施观测，统计研究全球地震的前兆变化特征，这对于地震研究者来说是一件非常兴奋的事情。“这样一来，我在有生之年，十年就可以拿到上百个七级地震的数据，可以总结很多经验教训，卫星观测可以为科学家提供宝贵的地震震例。”申旭辉说。

在电磁监测卫星家族里，张衡一号并不孤独，之前已经有俄罗斯、法国、美国、乌克兰等国家发射过同类卫星，目前均已退役，其中法国的DEMETEE卫星连续在轨运行6年半，取得了巨大成功。“对于地震研究而言，指望一两颗星远远不够。”申旭辉说。张衡一号被寄予厚望，其设计指标和载荷配置超过国外同类卫星，采用通用小卫星平台，搭载感应式磁力仪、高精度磁强计、电场探测仪、GNSS掩星接收机、等离子体分析仪、高能粒子探测器、朗缪尔探针和三频信标发射机等8种载荷。

卫星由中国地震局、航天科技集团、中国科学院、电子科技集团等所属的几十家单位参加攻关研制。工程实施3年多来，参研单位密切协作，坚持航天科技与地震科技创新相结合，攻克了平台设计、载荷研发、数据模型开发等多项关键技术难题，工程取得了突破性进展。

“为了保持寿命，类似卫星的轨道高度一般在六七百公里，但是考虑到这颗卫星要接收地震电磁波，而电磁波传播过程是衰减的，为了更好地接收信号，我们把轨道降低到 500公里。而且我们希望时间优先，将卫星的周期设置为5天。这些都是为张衡一号量身定做的一些特殊处理。”申旭辉说。

虽然地震预报非常难，但是地震人一直在努力。为了确保更好地发挥卫星效益，中国地震局会同国防科工局坚持开放共享的原则，组建了电磁监测试验卫星工程国际科学家委员会，广泛吸收国际一流专家参与，为卫星的研发建造、应用服务提供科学和工程咨询，确保电磁监测试验卫星研发和应用的国际水准。