中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊  我國空間科學已取得一批重要成果，一些重點方向有所突破，具備了一定的國際競爭力，但畢竟起步較晚，基礎不夠雄厚，目前處于關鍵發(fā)展階段。面對以美國為主、歐洲等國家和地區(qū)合作推動的國際新一輪空間科學計劃和新發(fā)展態(tài)勢，我國空間科學要進入國際前沿，任重而道遠，必須清醒認識我國與國際先進水平的差距，深入分析問題和原因，從根本上采取措施，提高水平，做長期艱苦的努力。

存在的問題

空間科學支持力度不足。長期以來我國空間科學活動規(guī)模小，投入不足，從2015年起雖有顯著提升，但與我國航天活動整體規(guī)模相比仍相當不平衡。2015—2021?年底我國共實施226次航天發(fā)射（全球占比?30.75%），其中空間科學相關發(fā)射次數(shù)約?5%（含科學衛(wèi)星、月球與火星探測器），期間我國空間科學經(jīng)費投入僅約全球的?3%—5%，在軌科學衛(wèi)星數(shù)量為全球的?9.6%，尚未建立完整的科學衛(wèi)星系列；載人航天、月球和深空探測等國家科技重大專項中的空間科學經(jīng)費比例也遠低于國際平均水平，前期研究、地面實驗、仿真和數(shù)據(jù)分析等投入低，支持渠道匱乏。

與國際先進水平差距顯著。2011—2020?年我國空間科學論文數(shù)量年均增長率較高，總發(fā)文量從?2017?年開始穩(wěn)居世界第二，但論文篇均被引頻次在發(fā)文數(shù)量前10位國家中排名墊底；2011—2020?年中國作者發(fā)表論文采用我國自主任務數(shù)據(jù)的僅占?20.5%（2000—2011?年該數(shù)字為?5.2%），且迄今尚未產(chǎn)生有重大科學影響、國際同行公認的成就。我國空間科學隊伍規(guī)模小，一些重要領域（如空間天文、月球與行星科學等）的研究人員數(shù)量僅為美、英等單個國家的十分之一。分析更深層次的要素，我國在科學領軍人才數(shù)量和國際影響力、基礎研究積累、科學認知水平、技術和方法原創(chuàng)力、任務經(jīng)驗積累、開放學術氛圍、國際化程度等方面尚有巨大差距。

空間科學的戰(zhàn)略地位

我國空間科學發(fā)展滯后的根本原因之一，是對基礎研究重視不夠，對空間科學重要性認識不足，這是發(fā)展理念問題。空間科學屬基礎研究，需要較大投入，但往往存在“不那么重要和緊迫”“錦上添花”等錯誤認識，與空間任務相比處于弱勢地位。近年來科技界和領導層高度重視基礎研究對解決“卡脖子”問題和作為技術創(chuàng)新之源的重要性，無疑是正確的。從更宏觀的科技發(fā)展和人類文明進步歷史看，近代技術革命和產(chǎn)業(yè)變革都是由科學革命引發(fā)的。17?世紀以來的經(jīng)典力學、電磁學、數(shù)學、進化論等構建了近代科學體系并奠定了現(xiàn)代工業(yè)基礎；20?世紀初以量子論、相對論為核心的科學革命，造就了近百年來的科技繁榮和新興產(chǎn)業(yè)。科學進步永無止境，面對未來可能的科學革命，我國不能無所作為，而應當為人類作出更大貢獻，并為我國當前和未來科技、產(chǎn)業(yè)發(fā)展積淀深厚的科學基礎；造就探索未知、求真溯源、開放理性的科學精神，使我國空間科學發(fā)展根深葉茂，行穩(wěn)致遠，這應是建設科技強國的深度內涵。

愛因斯坦曾指出：“未來科學的發(fā)展無非是繼續(xù)向宏觀世界和微觀世界進軍”。空間科學鏈接了宇觀和微觀研究的前沿，包括挑戰(zhàn)現(xiàn)代物理學基礎的暗物質性質、暗能量本質，極端宇宙的物理規(guī)律，并涉及太陽系和地球演化、生命起源與本質等基本問題，可能推動新科學革命。空間科學還延伸到利用空間特殊環(huán)境的重要應用基礎研究，領域廣闊，充滿發(fā)現(xiàn)機遇，各大國將其視為空間時代的大科學和戰(zhàn)略必爭領域。空間科學應當作為我國基礎研究的重點突破口之一。

我國正在向建成科技強國、航天強國的目標邁進，空間科學是其中突出的短板，要進一步加強空間科學、空間技術和空間應用的全面協(xié)調發(fā)展，將提高空間科學地位作為航天科技領域的重點任務，獲取重大成果，實現(xiàn)跨越發(fā)展。空間科學挑戰(zhàn)極限和不斷超越的需求，也將成為空間技術向更高水平發(fā)展的不竭動力。

空間科學規(guī)劃和預算

高水平的長期規(guī)劃、穩(wěn)定的預算，這兩個頂層要素是我國空間科學長期穩(wěn)定高水平發(fā)展的保障。

制定國家空間科學規(guī)劃

空間科學面向科學前沿，高風險、高回報，必須長期規(guī)劃，深厚積累，組織定向基礎研究，精心實施。國際上成功的經(jīng)驗表明，獲得重大成果的空間科學項目往往經(jīng)歷十幾年至二十幾年的科學準備、技術突破和研制試驗，或經(jīng)歷幾代空間任務的積累提升。我國不少空間科學項目準備時間短，存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，或主要追求技術成果，影響科學產(chǎn)出。目前，我國空間科學規(guī)劃分散在各部門和各專項，各抓一面，分段規(guī)劃，主要是推出項目，缺乏長期戰(zhàn)略、頂層規(guī)劃、能力建設、配套措施和資源統(tǒng)籌，也存在爭經(jīng)費、“保地盤”等因素干擾。要改變這種分散局面，發(fā)揮國家戰(zhàn)略科技力量主力軍作用和高校等各方面積極性，制定統(tǒng)一和長期、持續(xù)的國家空間科學規(guī)劃，形成國家“一盤棋”。

規(guī)劃應堅持科學導向和重大科學產(chǎn)出原則，發(fā)揮科學家的核心作用，廣泛征集建議；結合戰(zhàn)略科學家隊伍，不斷研究重大科學問題和前瞻發(fā)展趨勢，凝聚科學界共識，及時響應最新動向，提出科學方向、發(fā)展路徑、優(yōu)先分級、任務指南。規(guī)劃應包括空間科學各領域，如深空探測是研究月球和行星科學的主要途徑，是空間科學的組成部分，不宜單列；空間地球科學的研究性質突出，與各類對地觀測業(yè)務衛(wèi)星的目標和手段不同，應在空間科學規(guī)劃中包括；空間生命科學和微重力科學在空間規(guī)劃中應得到重視，不能完全依靠其母學科規(guī)劃。規(guī)劃周期至少?10—15?年，近中遠結合，定期滾動迭代。

規(guī)劃應全面部署基礎能力提升，制定具體計劃加強空間科學各方向的研究基礎、學科布局和人才培養(yǎng)，落實重要研究設施的建設運行，部署新一代重要探測技術攻關，提出重要政策措施和國際合作戰(zhàn)略。

要建立有效的跨部門統(tǒng)籌協(xié)調機制，在國家空間科學規(guī)劃指導下理順分工職責，從科學任務概念的研究、預先研究、技術攻關、工程研制、在軌運行、研保條件、科學應用和數(shù)據(jù)系統(tǒng)、軟件工具開發(fā)、數(shù)據(jù)分析研究，到成果產(chǎn)出和轉化的全鏈條形成完整的支持體系。

建立穩(wěn)定的空間科學預算

發(fā)展空間科學需要增加投入，投入比例是政策的具體體現(xiàn)。近?20?年國際上主要國家航天局總預算年均約?370?億美元，其中直接空間科學預算占比?27%，年均約?100?億美元（其中美國?60?多億美元），其投入規(guī)模（加上空間設施運行）和運營性質與全球地面大科學裝置的投入具有可比性。我國應加大對空間科學的投入，在民用航天中經(jīng)費占比達到?15%?并逐步提高到國際平均水平，建立科學衛(wèi)星系列，同時載人航天、月球與深空探測等國家科技重大專項也應落實對相應空間科學的合理投入，保證科學目標實現(xiàn)。

空間科學任務的復雜性和長期性特點，以及擴大科學隊伍規(guī)模、集聚高層次人才等都需要穩(wěn)定的國家預算支持。突破財政年度和?5?年周期的預算是制定長期規(guī)劃的基本條件，建議國家財政單列空間科學預算賬戶（穩(wěn)定基數(shù)，可隨國家財政狀況微調），改變根據(jù)每項具體任務編列預算的辦法，使空間科學整體發(fā)展和長期任務有穩(wěn)定的預期，以及更高的經(jīng)費使用效率。

夯實空間科學發(fā)展基礎

空間科學不是有了經(jīng)費，擴大了規(guī)模就能出成果的。空間科學追求首次發(fā)現(xiàn)和規(guī)律性認識，既要有國際視野和自主的科學思維，又要有創(chuàng)新的探測技術和實驗方法，基礎厚實極為重要。我國近幾年發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量和空間活動規(guī)模快速增長，引發(fā)了一些急于求成的心態(tài)，認為有了好的想法，做了一些仿真計算就可以在衛(wèi)星和空間站上實施，或單純通過探測領域的擴大就能夠取得成果，這不禁令人擔心在規(guī)模擴大時我們的水平能否真正上臺階。我國空間科學必須擺脫單純以空間項目為中心的思想，重視其背后需要進行的多方面巨大努力。長期努力提升科學和技術水平，不斷培養(yǎng)高水平人才，厚植基礎，才能培育出具有獨特性和國際競爭力的空間項目。

 加強地面和多渠道實驗研究

空間科學是以觀測和實驗為基礎的科學，需要通過地面實驗和各種途徑加強實驗研究，提高能力水平。

空間科學先進國家通過低成本途徑（科學氣球、探空火箭、空間搭載等）拓展空間科學任務規(guī)模，激勵新穎科學思想，驗證創(chuàng)新技術，培育年輕領軍人才，擴展人才隊伍，以及作為夯實研究和技術基礎的重要途徑。美國?NASA、法國國家空間研究中心（CNES）和日本、加拿大、印度、瑞典等國航天機構均配備了科學氣球和探空火箭系統(tǒng)，NASA?常年發(fā)射大型科學氣球（高度?35—45?km，載荷數(shù)?t）和探空火箭（高度約?350?km），累計各?2?000?余次，21?世紀初開始的南極長時間氣球探測計劃，實施了?20?多項頗具創(chuàng)意的大型探測任務（粒子/非粒子天體物理計劃），其中兩項已升級進入國際空間站，還開展了一系列有特色的大氣和地球科學觀測和重要技術試驗；在?Artemis?計劃中已征集并初步確定了十幾項立方星月球探測和技術驗證搭載項目。法國作為歐洲科學氣球中心，長年實施“用百分之一的經(jīng)費獲得百分之十的收益”的科學氣球計劃，且近年又在擴大科學氣球的活動區(qū)域。

我國已具備開展科學氣球探測和探空火箭活動的技術基礎。取得重要科學成果的“悟空”衛(wèi)星（與美國?ATIC?南極氣球任務合作）、“慧眼”衛(wèi)星（直接解調成像方法驗證）都有氣球飛行實驗的重要基礎。我國應發(fā)展大型科學氣球，配備相關設備，建立常態(tài)化科學氣球運行系統(tǒng)，條件具備時開展南極長時間氣球飛行；探空火箭要配置合理型譜，在已有基礎上形成運行系統(tǒng)，安排落實科研基礎設施，建立面向全國征集項目，將開展科學探測和技術試驗作為有效常規(guī)手段。其他低成本方法在我國也有先例，例如清華大學“極光計劃”的立方星?X?射線偏振探測取得重要成果，正在推進后續(xù)“天格計劃”；我國空間站也推出了搭載計劃。利用各種低成本機會開展實驗，是加強研究基礎和技術研發(fā)的有效途徑。

為保證在國際空間站上開展的生命和物理研究項目具有更高水平，參與各國普遍采用了“培育-淘汰”的優(yōu)選流程，征集后的初選項目給予少量經(jīng)費開展地面研究和實驗。通過?Pre-phase A（概念研究）和?Phase A（概念及技術開發(fā)）階段的實驗結果和嚴格的同行評議，篩選少部分優(yōu)秀項目進入飛行任務階段，優(yōu)選比例約?1/5。地面實驗普遍采用微重力落塔、微重力飛機和其他模擬方法進行驗證。

我國已具備開展微重力落塔實驗的條件，正在建設更強性能的微重力設施，需要全面安排好這些實驗設施的建設發(fā)展。我國空間站實驗要形成項目池和項目優(yōu)選機制，充分利用各種手段加強科學研究、地面實驗和與設施設備的匹配實驗，爭取高水平成果。

科學數(shù)據(jù)是空間科學實測（實驗）的結果。我國長期利用國外空間數(shù)據(jù)開展科學研究，取得不俗成績，并為自主空間項目進行了有效準備。隨著我國自己的空間科學數(shù)據(jù)越來越多，加強數(shù)據(jù)共享利用有利于多出成果，發(fā)揮效益，并可吸引更多團隊參加，加強研究基礎。要破除影響數(shù)據(jù)共享的各種壁壘（包括對地觀測數(shù)據(jù)用于地球科學等研究），制定數(shù)據(jù)標準，發(fā)展數(shù)據(jù)分析軟件，最大限度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和再利用。

 加強理論、實驗與技術深度結合

空間科學要在觀測和實驗基礎上達到探索未知、認清規(guī)律的目的。從以下兩類科學產(chǎn)出分析理論、實驗和技術結合的重要性。

發(fā)現(xiàn)性和描述性科學產(chǎn)出。從觀測和實驗中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)可能顛覆現(xiàn)有科學規(guī)律（破缺）跡象，解釋現(xiàn)象背后的科學成因，勾畫出未知的物理圖像或過程脈絡，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的科學機理，這些都是重大科學成果。在這個過程中，科學思想（科學洞察力）、探測和實驗技術（往往要有超越性的技術和方法）、準確理解實驗結果（條件變化、測量誤差和置信度、統(tǒng)計分析結果）、數(shù)據(jù)分析工具包，以及對實驗結果的科學解釋都是非常重要的；大數(shù)據(jù)挖掘、人工智能將成為更有效的研究分析工具；科學仿真，特別是“端到端”仿真（觀測目標-傳遞路徑、載荷與系統(tǒng)響應-模擬數(shù)據(jù)生成），和進一步的“數(shù)字孿生”用于設計驗證，要素影響評估、測試結果確認、數(shù)據(jù)處理準備、運行參數(shù)調整及流程規(guī)劃，成為任務全周期和提高研究水平的重要環(huán)節(jié)，需要科學家、實驗專家、技術專家和數(shù)據(jù)分析專家深度結合。我國各領域、各單位情況有較大差距，普遍存在科學與技術分離，任務全鏈條力量不完整等問題。小課題組模式已顯現(xiàn)出局限性，需要在重要方向形成強大完整的團隊，在重要任務中加強組織，多單位優(yōu)勢互補，集聚高水平人才，開展細致交流，加強各類工作的融合。

創(chuàng)建性或顛覆性的理論突破。其對科學發(fā)展有重大影響，諾貝爾科學獎比較青睞這類成果，而這方面目前是我國的突出短板。創(chuàng)建性或顛覆性的理論突破需要理論學家（和部分數(shù)學家）不斷研究和推出關于宇宙、天體、物質、熱力學、太陽系、地球、生命等不同層次重大科學問題的新學說、新模型和“大理論”。建議設立“研究特區(qū)”，動員和吸引理論學家關注和參與空間科學規(guī)劃，指導空間科學項目，了解空間實驗情況和結果，加強與實驗科學家交流，發(fā)展復雜系統(tǒng)數(shù)值模擬。我國專注“大理論”的高級研究人才比實驗人才更加欠缺，可遇不可求，因此特別需要開辟適宜土壤長期培育。

 加快空間科學人才培養(yǎng)

空間科學人才不足將嚴重影響未來發(fā)展，因此我國首先需要采取措施擴大空間科學人才隊伍規(guī)模。高校和研究機構應加大空間科學相關研究生招收培養(yǎng)數(shù)量，不斷提高培養(yǎng)質量，這可能是較快的解決辦法。高校要全面部署與空間科學各領域相關的學科設置。

更多的空間科學項目，包括采用低成本途徑的項目是培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)和實踐經(jīng)驗人才的重要途徑。例如，培養(yǎng)空間科學各領域的科學家、科學探測及實驗技術專家，以及具備綜合能力、能組織領導空間科學任務的項目首席科學家和管理專家。大型空間科學任務和國際合作項目應設立專門人才計劃，吸引國內外學者和高素質青年人才。

部署空間科學重要領域的國家實驗室或全國重點實驗室，通過實驗室建設承擔國家空間科學任務，集聚并長期穩(wěn)定高水平人才，形成專家群和完整的綜合性團隊。

加強空間科學國際合作

空間科學與所有基礎研究的性質相同，是全球性的，國際合作已經(jīng)成為各國空間科學發(fā)展政策的重要組成部分。我國空間科學的國際合作已有諸多成功經(jīng)驗，如地球空間雙星探測計劃與?ESA?的合作、空間科學先導專項衛(wèi)星任務多層次的國際合作、載人航天工程中的中德空間生命科學合作、中國-瑞士合作伽馬暴偏振探測（POLAR）等均取得重要成果；正在實施的一批重要國際合作計劃，包括中法合作的太空望遠鏡（SVOM）項目、中-歐合作太陽風-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE），以及?EP?衛(wèi)星與?ESA、CNES等的合作，中國空間站與?COPUOS?和?ESA?聯(lián)合征集科學實驗項目合作等，這些對我們提升全球視野、提高水平、打牢基礎、提升國際影響力均發(fā)揮了重要作用。

在當前國際形勢下，仍要堅持貫徹開放、合作方針，積極參加重要國際空間科學計劃、雙邊和多邊項目合作，積極推動我國牽頭的空間大科學計劃，開放我國重大專項（空間站、探月工程等）的空間科學計劃和科學衛(wèi)星計劃，征集國外科學家的項目建議，開展國內項目的國際評審，促使我國空間科學進入國際前沿。

要充分發(fā)揮科學家在開展學術交流和形成國際合作項目中的作用，鼓勵支持我國科學家積極參加國際會議和國際組織的活動并任職，形成活躍的有影響力的國際交流人才隊伍；加強我國空間科學各領域與國外對口專業(yè)機構（研究中心、實驗室等）之間的密切交流，形成長期穩(wěn)定的合作關系；要舉辦和參加各種科學討論會和工作會議，積極參與?COPUOS?的活動，顯著提升我國空間科學的國際影響力。

完善空間科學任務管理模式

空間科學的實施體現(xiàn)為航天工程任務（科學衛(wèi)星、深空探測）或其中的重要組成部分（載人航天工程等），具有顯著的科學與工程結合特點，也經(jīng)常顯現(xiàn)出科學文化與工程文化的沖突與融合。如何完善空間科學相關任務的管理，是我國空間科學發(fā)展的重要課題。

 處理好科學與工程的關系

多年來，我國已經(jīng)形成了完整的航天工程管理體系；空間科學滯后進入，需要一個理解、適應和提升過程。總體上，要堅持“科學（應用）是最終目的，工程是根本保證”的理念，既要滿足科學任務特殊要求，也要遵從航天工程高可靠（載人航天還有高安全性）的要求。

科學與工程兩者有不同的內在需求和規(guī)律差異。例如，我國航天工程重視狀態(tài)管理（設計狀態(tài)、初樣和正樣狀態(tài)），把技術狀態(tài)作為基線嚴格管控、保證質量，這也是我國航天工程普遍采用由多個系統(tǒng)組成大系統(tǒng)的管理模式所需；而這要求科學載荷很早就確定技術狀態(tài)和接口，對許多項目而言難以適應。在歐美的一些大型空間科學任務中，特別重視科學需求（科學任務對工程的需求），項目以科學需求文檔（SRD）為核心貫穿研制全周期和天地系統(tǒng)，不斷挖掘科學潛力，不斷迭代，即使在詳細設計（CDR，相當于正樣設計）和系統(tǒng)測試后，仍要按?SRD?或新需求更改完善，筆者認為這更加符合科學規(guī)律和保證產(chǎn)出的理念。這種理念可行的基礎是科學家主導下的合同制管理模式，即使空間科學先導專項科學衛(wèi)星給予首席科學家一票否決權，但也還不具備完全實施這種模式的條件，遑論其他，但今后肯定要推行這種理念。我國航天工程的階段劃分還不能貼切地反映科學載荷與飛行器的差異，特別是科學載荷測試驗證、標定，以及匹配實驗等細致工作需要時間，而目前往往過于緊張。

載人航天工程在國內外都被賦予了體現(xiàn)國家威望等更廣泛的意義，總體上與其中的科學任務是可以很好兼顧的，我國空間站工程正在不斷探索完善。在空間站長期運營的科學項目管理中，管理的高效性、項目培育遴選、立項程序和時效、資源分配、余量管理、系統(tǒng)間協(xié)調、流程改進、質量標準、進度安排等方面還有很大改進空間，需要防止重進度、輕科學產(chǎn)出的傾向。

我國航天工程管理體系是長期實踐經(jīng)驗的寶貴結晶，但也要與時俱進，將科學任務特點和科學產(chǎn)出最大化理念納入更完善的工程管理方法中。

 重視發(fā)揮科學家的作用

科學家群體應在制定我國空間發(fā)展戰(zhàn)略、長遠規(guī)劃、項目論證、評審遴選、同行評議、任務評估、成果評估中發(fā)揮主體作用。特別是在空間科學任務中，科學家及科學家團隊應當發(fā)揮核心作用，在立項、科學目標確定、指導系統(tǒng)研制、測試驗收、地面系統(tǒng)、科學分析等全過程中保證科學目標實現(xiàn)。目前，多項空間科學任務已經(jīng)采用了首席科學家負責制，或是科學家、總工程師和總指揮“三首長制”，科學家開始發(fā)揮作用，但還很有限。在現(xiàn)有以行政領導為主的管理架構中，涉及科學產(chǎn)出的重大問題如何決策，首席科學家及責任科學家團隊的實際地位和作用發(fā)揮如何保證，還要繼續(xù)探索和積累經(jīng)驗，通過管理規(guī)定逐步成型。此外，我國還需要培養(yǎng)出一批懂科學、懂管理、懂載荷、懂工程、理解科學任務特點規(guī)律的復合型領導人才，為空間科學任務更好體現(xiàn)科學導向發(fā)揮重要作用。

（作者：顧逸東，中國科學院空間應用工程與技術中心；《中國科學院院刊》供稿）

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