紅色的歷程　中國的空間科學(xué)

1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星。人類自此進(jìn)入空間時代，也因此誕生了一門關(guān)乎人類生存發(fā)展、刷新人類宇宙認(rèn)知的科學(xué)——空間科學(xué)。

所謂空間，是指除了陸地、海洋、大氣之外的第四環(huán)境?？臻g科學(xué)作為20世紀(jì)初第3次科學(xué)革命后興起的重大科學(xué)領(lǐng)域，通過航天器平臺直接面對和深入廣袤宇宙，居高臨下研究人類家園行星地球，開辟了全新的窗口，提供了嶄新的手段和強大的能力。從此，人類能夠借助空間飛行器探索和研究宇宙空間，研究發(fā)生在日地空間、行星際空間乃至整個宇宙空間的物理、天文、化學(xué)以及生命現(xiàn)象和規(guī)律，探尋宇宙與生命的起源演化、太陽系行星的發(fā)展演化、太陽活動的基本規(guī)律、地球的發(fā)展演化，為人類數(shù)千年來始終好奇、探求的古老問題，尋找真正的答案。

人類不會永遠(yuǎn)待在搖籃里

“地球是人類的搖籃，但人類不會永遠(yuǎn)待在搖籃里?！睈垡蛩固乖?jīng)預(yù)言，自然科學(xué)將逐漸向宏觀和微觀兩個前沿轉(zhuǎn)移。空間科學(xué)雖然是一門相對年輕的學(xué)科，但它研究的對象既瞄準(zhǔn)宏觀的太空和宇宙，又瞄準(zhǔn)微觀的粒子和生命起源。因此可以說，空間科學(xué)是產(chǎn)生重大科學(xué)突破的前沿科學(xué)。

半個多世紀(jì)以來，人類實現(xiàn)了載人登月，建造了大型空間站，發(fā)射了遍及地球高、中、低軌道的6000多顆應(yīng)用衛(wèi)星和科學(xué)衛(wèi)星。空間探索活動對人類的生產(chǎn)、生活乃至思維方式都產(chǎn)生了革命性的影響。

空間科學(xué)是典型的以技術(shù)實現(xiàn)為依托的實踐科學(xué)，幾乎每一項空間科學(xué)計劃都是一項航天工程任務(wù)，需要運載火箭、發(fā)射場、衛(wèi)星、地面測控和運行等方面的支持。

同時，空間科學(xué)計劃又不同于常規(guī)的應(yīng)用衛(wèi)星任務(wù)，它的每一項科學(xué)任務(wù)幾乎都會使用最先進(jìn)的探測儀器，這對航天技術(shù)提出的挑戰(zhàn)比常規(guī)批量生產(chǎn)的應(yīng)用衛(wèi)星任務(wù)復(fù)雜得多，其中大部分技術(shù)需求都會是世界首次，將引發(fā)顛覆性創(chuàng)新，如果實現(xiàn)，則會成為國際領(lǐng)先的技術(shù)能力。

因此，雖然空間科學(xué)耗資巨大，風(fēng)險高，見效也慢，但仍是國際上公認(rèn)的“財富的發(fā)電機”“創(chuàng)新的驅(qū)動器”和“新理論、新知識的源泉”，更是各科技強國競相發(fā)展、尋求革命性突破的領(lǐng)域，對國家發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略作用。

東方紅一號：白手起家，邁入太空

1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星。這顆僅運行了92天的人造衛(wèi)星讓全世界為之震驚，許多國家開始意識到，空間是一個很重要的戰(zhàn)略高地，包括中國在內(nèi)的世界主要國家站在了發(fā)展航天、探索宇宙的同一起點上。

1958年，首顆人造衛(wèi)星項目被國家列為當(dāng)年頭號重點科研任務(wù)，代號“581”。“兩彈一星”中的“一星”，就是我國的第一顆人造地球衛(wèi)星。然而，在當(dāng)時中國的院校，沒有一個跟航天相關(guān)的專業(yè);甚至在581組里，也沒有人知道人造衛(wèi)星到底該怎么造。在當(dāng)時的國際形勢下，中國想造衛(wèi)星只能自力更生。在十分有限的科研條件下，白手起家的道路舉步維艱，科研人員甚至用手搖計算器完成了大量計算，將冷庫、庫房改造成地面模擬試驗場，因陋就簡、土法上馬、群策群力，用難以想象的艱苦努力攻克了一道道難關(guān)。

1970年4月24日21時35分，中國的第一顆人造衛(wèi)星——東方紅一號——搭載長征一號火箭，從戈壁大漠騰空而起。幾個小時后，收音機傳送出從衛(wèi)星上傳來的《東方紅》樂曲。這一幕成為一代中國人不可磨滅的記憶。

東方紅一號是中國航天史上的一座豐碑，其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一顆衛(wèi)星本身。為發(fā)展我國人造地球衛(wèi)星成立的581組，就是今天中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心的前身，東方紅一號成為我國空間（航天）事業(yè)的開端。自此，憑借東方紅一號的研制奠定的技術(shù)基礎(chǔ)、探索的工藝流程、培養(yǎng)的人才隊伍，以及在此基礎(chǔ)上建立起的中國航天事業(yè)探索和發(fā)展的一套完整的體系，中國昂首進(jìn)入了航天時代。

雙星計劃：空間科學(xué)，零的突破

東方紅一號發(fā)射升空后，我國空間（航天）事業(yè)發(fā)展進(jìn)入新階段。但受限于經(jīng)濟發(fā)展水平，航天任務(wù)一直面向應(yīng)用，并沒有正式開展空間科學(xué)衛(wèi)星計劃。僅在實踐系列、風(fēng)云系列等應(yīng)用衛(wèi)星項目上，搭載了空間科學(xué)實驗載荷，但效果十分有限。

2000年11月，中國政府首次向國內(nèi)外發(fā)布了《中國的航天》白皮書，首次明確將空間科學(xué)列為中國航天的主要任務(wù)之一，并增設(shè)了空間科學(xué)探測衛(wèi)星系列。2003年，以國家空間科學(xué)中心劉振興院士為首的中國空間科學(xué)家提出“地球空間探測雙星計劃”（簡稱“雙星計劃”），即通過分別位于赤道面和極軌的兩顆衛(wèi)星，組成立體的探測體系來探測地球空間環(huán)境。這是我國第一個真正意義上以科學(xué)發(fā)現(xiàn)為目標(biāo)的衛(wèi)星計劃，實現(xiàn)了空間科學(xué)“零”的突破。

同時，國際空間科學(xué)界接納雙星計劃參加了國際日地物理計劃。雙星計劃成為首個由中國科學(xué)家提出，并以中方為主成功實施的空間探測國際合作計劃，是中國空間科學(xué)發(fā)展的里程碑。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項：衛(wèi)星計劃，規(guī)模最大

雙星計劃后，中國航天經(jīng)歷了空間科學(xué)衛(wèi)星發(fā)射空白的10年。航天（空間）領(lǐng)域包括空間科學(xué)、空間應(yīng)用和空間技術(shù)3個不可替代又相輔相成的主要方面。我國航天事業(yè)從起步開始，幾乎主要面向工程和應(yīng)用，空間科學(xué)一直是短板。我們有一流的空間科學(xué)家，但長時間以來只能使用國外科學(xué)衛(wèi)星的二手?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)研究。雖然也取得了許多重要成果，但中國空間科學(xué)家還是熱切盼望實施自己的空間科學(xué)計劃，發(fā)展自己的空間科學(xué)。

轉(zhuǎn)機發(fā)生在2010年3月， 國務(wù)院審議通過了“創(chuàng)新2020”規(guī)劃，明確要求通過組織實施戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，形成重大創(chuàng)新突破和集群優(yōu)勢。2011年1月11日，首批戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項正式啟動，空間科學(xué)先導(dǎo)專項應(yīng)運而生，成為我國迄今最大規(guī)模的空間科學(xué)衛(wèi)星計劃。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項除了設(shè)置空間科學(xué)衛(wèi)星工程項目外，還面向“十四五”及更長遠(yuǎn)的未來，設(shè)置了空間科學(xué)背景型號項目、空間科學(xué)預(yù)先研究項目，成為整個空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)發(fā)展鏈條上，直接關(guān)系到未來長期可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。

目前，空間科學(xué)先導(dǎo)專項（一期）已經(jīng)圓滿收官，4顆科學(xué)衛(wèi)星“悟空”“實踐十號”“墨子號”“慧眼”四發(fā)四捷，并在具有重大科學(xué)意義的熱點領(lǐng)域，包括暗物質(zhì)粒子空間探測、空間大尺度量子力學(xué)實驗、黑洞和天文觀測、微重力和生命科學(xué)等方面，取得了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新突破，帶動了相關(guān)高技術(shù)的跨越式發(fā)展。同時也凝聚和造就了一支從事空間科學(xué)研究的創(chuàng)新隊伍，提升了我國空間科學(xué)在國際上的地位，形成了國家有關(guān)部門和社會各界發(fā)展空間科學(xué)的共識。

2018年7月，空間科學(xué)先導(dǎo)專項（二期）正式啟動。二期聚焦最具優(yōu)勢和重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)潛力的熱點領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)宇宙和生命起源與演化、太陽系與人類的關(guān)系兩大科學(xué)前沿，在時域天文學(xué)、太陽磁場與爆發(fā)的關(guān)系、太陽風(fēng)- 磁層相互作用規(guī)律、引力波電磁對應(yīng)體等方向開展衛(wèi)星研制，將發(fā)射愛因斯坦探針（EP）、先進(jìn)天基太陽天文臺（ASO-S）、太陽風(fēng)—磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）、引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器（GECAM）這4個衛(wèi)星工程型號項目，以及一批背景型號、預(yù)先研究和概念研究項目，將通過自主創(chuàng)新和國際合作實現(xiàn)科學(xué)上的重大突破，帶動相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展，為我國空間科學(xué)領(lǐng)域早日躋身世界先進(jìn)行列，做出不可替代的歷史性貢獻(xiàn)。

助力建設(shè)航天強國：我們的征途，是星辰大海

今天，中國航天已經(jīng)取得了以人造衛(wèi)星、載人航天與探月工程三大里程碑為代表的輝煌成就，國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施基本建成，實現(xiàn)了空間技術(shù)、空間應(yīng)用、空間科學(xué)領(lǐng)域的長足發(fā)展，空間科學(xué)已成為了國家空間活動中相對獨立的一部分。但在成績面前，眾多專家學(xué)者對中國航天的現(xiàn)狀一直保持著清醒的認(rèn)識和判斷。

1.基礎(chǔ)研究 戰(zhàn)略意義

基礎(chǔ)研究是科學(xué)之本、技術(shù)之源。大部分科學(xué)知識可以獲得，而研究發(fā)現(xiàn)的能力不可替代?？臻g科學(xué)作為基礎(chǔ)前沿研究重點突破口，涉及幾乎全部自然科學(xué)前沿，是探索和發(fā)現(xiàn)的無盡源泉;它對航天技術(shù)具有牽引和帶動作用，是航空技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的基石;它還能為人類社會發(fā)展、空間活動、地面設(shè)施安全，創(chuàng)新生物材料、藥物和醫(yī)療技術(shù)等涉及民生的方方面面，提供無限可能，對經(jīng)濟社會發(fā)展的促進(jìn)作用顯而易見。因此，發(fā)展空間科學(xué)具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

2.清醒認(rèn)識 找到差距

多位學(xué)者參考美國、日本等機構(gòu)的研究報告，對中國的航天實力進(jìn)行了定量分析，指出：空間運輸是中國航天的加分項，載人航天活動能力與中國的整體空間能力地位基本相稱，空間科學(xué)和應(yīng)用是中國航天的短板。這也正是“航天大國”與“航天強國”的差距。

在倡導(dǎo)“和平發(fā)展”的黃金時代，中國航天要想沖破技術(shù)的“天花板”，走向更遠(yuǎn)更深的宇宙，需要聚焦重大基礎(chǔ)科學(xué)前沿問題，瞄準(zhǔn)重大原始創(chuàng)新突破，走出一條“空間科學(xué)拉動空間技術(shù)”的新路。而當(dāng)前，正是幫助我國空間科學(xué)迎頭趕上的最好的歷史發(fā)展時期。

3.補齊短板 培養(yǎng)人才

目前，我們還缺少對于空間科學(xué)穩(wěn)定、持續(xù)的投入，在空間技術(shù)上與國際先進(jìn)水平也有較大差距，有效載荷的精度、靈敏度、探測儀器的種類等都是需要補齊的短板。另一方面，我們的研究隊伍與國際頂尖水平還有差距，在國際空間領(lǐng)域舉足輕重的中國科學(xué)家鳳毛麟角。

對此，國家在理學(xué)、工學(xué)和醫(yī)學(xué)各學(xué)科中設(shè)立了與空間科學(xué)有關(guān)的專業(yè)，支撐起中國空間科學(xué)界的空間天文學(xué)、空間太陽物理、空間物理學(xué)、行星科學(xué)、空間地球科學(xué)、空間生命科學(xué)、微重力科學(xué)等諸領(lǐng)域;國家空間科學(xué)中心制訂了“九章人才計劃”，針對包括學(xué)術(shù)大師、領(lǐng)軍人才、年輕人才在內(nèi)的不同層次人才制定了優(yōu)厚政策;國家空間科學(xué)中心更是主動給年輕科研人員“壓擔(dān)子”，使他們盡快成長為項目負(fù)責(zé)人，為有志于中國空間科學(xué)未來的科研工作者提供施展才華的平臺。

4.國際合作 創(chuàng)新思想

如今，各國紛紛制定了雄心勃勃的空間科學(xué)規(guī)劃，醞釀著對物理學(xué)、生命科學(xué)、宇宙科學(xué)和地球科學(xué)研究的重大突破，預(yù)示新一輪的科學(xué)革命或許正在孕育之中。

我國在空間科學(xué)領(lǐng)域，有良好的空間科學(xué)平臺，在空間物理、空間天氣應(yīng)用基礎(chǔ)、空間天氣預(yù)報、載人航天等領(lǐng)域都有學(xué)科優(yōu)勢和優(yōu)秀的團隊，以此優(yōu)勢為基礎(chǔ)，繼續(xù)創(chuàng)新思想，開展實質(zhì)性的國際合作，促進(jìn)我國與歐洲發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，也幫助我們的科學(xué)家和工程師從一開始就站到國際前沿，打造核心競爭力，實現(xiàn)科學(xué)突破，不斷提升我國在國際空間科學(xué)領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)。

5.期待跨越 航天強國

目前，我國對于發(fā)展空間科學(xué)是建設(shè)世界科技強國的重要途徑已形成共識。

中國空間站或?qū)⒊蔀?1世紀(jì)30年代中后期唯一在軌空間站，是發(fā)展空間科學(xué)難得的歷史機遇;探月工程、火星探測工程的實施為月球和行星科學(xué)研究提供了重要機遇;空間科學(xué)先導(dǎo)專項（二期）的4顆科學(xué)衛(wèi)星也將在3—5年內(nèi)陸續(xù)發(fā)射升空;我國空間工程技術(shù)實力顯著提升，為發(fā)展空間科學(xué)提供了強大的技術(shù)支撐。

整體來說，我國具備在空間科學(xué)領(lǐng)域?qū)嵤┩黄频幕緱l件和歷史機遇，空間科學(xué)的跨越發(fā)展有望成為今后我國航天領(lǐng)域和基礎(chǔ)科學(xué)研究的主要突破口之一。我國要實現(xiàn)一些世界前沿水平的重大突破，成為空間科學(xué)知識的產(chǎn)出國，通過空間科學(xué)的跨越式發(fā)展，支撐中國航天強國的目標(biāo)早日實現(xiàn)。

素材來源

1.《2016—2 030年中國空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃建議》，吳季、孫麗琳、尤亮、曹松、白青江、鄒永廖、張偉，《中國科學(xué)院院刊》2015年第30卷第6期

2.《空間科學(xué)對國家科技、經(jīng)濟與社會發(fā)展的作用》，孫麗琳、吳季，《中國科學(xué)院院刊》2015年第30卷第6期

3.《空間科學(xué)先導(dǎo)專項：探索中國空間科學(xué)發(fā)展之路》，唐琳，《科學(xué)新聞》2018年9月刊

4.《砥礪奮進(jìn)六十春秋 奏響空間科學(xué)樂章——中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心成立60周年巡禮》，周彧，《科學(xué)新聞》2018年9月刊

5.《發(fā)展空間科學(xué)衛(wèi)星系列就是新時期的“兩彈一星”任務(wù)》，吳季，《中國科學(xué)院院刊》2017年第3 2卷第8期

6.《美國空間科學(xué)的發(fā)展及其啟示》，范全林、白青江，《科技導(dǎo)報》 2019年第37卷第21期

7.《空間科學(xué)衛(wèi)星：邁向空間科學(xué)強國》，齊芳，《光明日報》2019年7月18日

8.《“太極一號”“實踐十號”“慧眼”，三顆科學(xué)衛(wèi)星取得的科學(xué)成果集中發(fā)布——我國正走近空間科學(xué)世界舞臺的中央》，齊芳，《光明日報》2021年7月21日