中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 太空活動(dòng)通常指人類(lèi)在距離地表100公里以上空間開(kāi)展的活動(dòng)。時(shí)空基準(zhǔn)是人類(lèi)測(cè)定和描述宇宙中事物時(shí)間和空間坐標(biāo)的統(tǒng)一參考基準(zhǔn)，包含了由真實(shí)天體和人造物體組成的參考框架和基準(zhǔn)物體與基于人類(lèi)協(xié)調(diào)統(tǒng)一定義的多層次時(shí)空參考系。

由于星空中的遙遠(yuǎn)天體恒久存在且運(yùn)動(dòng)規(guī)律精準(zhǔn)可循，古往今來(lái)，時(shí)空基準(zhǔn)的源頭均來(lái)自宇宙中的天體。其中，民用時(shí)間源自地球相對(duì)遙遠(yuǎn)天體的自轉(zhuǎn)、空間方向基準(zhǔn)源自地球自轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軸相對(duì)遙遠(yuǎn)天體的方向，方向恒定不變的河外類(lèi)星體也是良好的慣性基準(zhǔn)。得益于天文學(xué)、物理學(xué)和測(cè)量學(xué)的發(fā)展，作為時(shí)空基準(zhǔn)源頭的各類(lèi)天體逐步被人類(lèi)觀測(cè)并信息化。天文學(xué)家一般將運(yùn)動(dòng)學(xué)方式記錄方向變化緩慢的恒星和類(lèi)星體等天體的位置、運(yùn)動(dòng)等信息表冊(cè)稱(chēng)為星表；將以動(dòng)力學(xué)方式記錄方向變化快速的太陽(yáng)系天體的軌道數(shù)據(jù)表冊(cè)稱(chēng)為歷表；將記錄脈沖星脈沖周期特征與脈沖星位置和運(yùn)動(dòng)等信息表冊(cè)稱(chēng)為脈沖星星歷表。

宇宙中包括多種類(lèi)型的天體，發(fā)射著各種波段電磁輻射，相關(guān)測(cè)量在不同局域間給予技術(shù)實(shí)現(xiàn)。為了更好開(kāi)展太空活動(dòng)，需要有完善技術(shù)保證且系統(tǒng)統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)，多波段測(cè)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一是局域到全域深空飛行器定姿、定位和定軌的基礎(chǔ)。無(wú)論距離地球多遠(yuǎn)，基礎(chǔ)性工作就是掌握星表歷表等時(shí)空基準(zhǔn)源頭數(shù)據(jù)（圖1）。

太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)涉及多學(xué)科交叉的理論和實(shí)踐，需要基礎(chǔ)研究和工程技術(shù)深度融合，其技術(shù)構(gòu)建能力反映了一個(gè)國(guó)家的綜合科技實(shí)力，對(duì)于大國(guó)戰(zhàn)略安全、航天技術(shù)發(fā)展、深空探測(cè)水平和基礎(chǔ)物理發(fā)展具有重要意義。文章綜述了國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，對(duì)比分析了我國(guó)當(dāng)前差距和問(wèn)題，并提出了發(fā)展建議。

太空活動(dòng)的時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)

太空活動(dòng)多由飛行器承載，1 ms時(shí)間誤差對(duì)應(yīng)的飛行器位置偏差可達(dá)7m，故飛行器測(cè)控角度需時(shí)間統(tǒng)一^[1]。這其中，地面原子鐘、星載原子鐘技術(shù)、緊密關(guān)聯(lián)地球自轉(zhuǎn)的世界時(shí)一類(lèi)修正（universal time 1，UT1）實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)、時(shí)間頻率同步與傳遞技術(shù)是支撐太空活動(dòng)時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)的核心技術(shù)。

基于國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）形成的國(guó)際規(guī)范，地球以外乃至整個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)的任何太空活動(dòng)對(duì)于時(shí)間測(cè)量的定義、變換規(guī)則、工程實(shí)現(xiàn)方法與地面處理方式一致，現(xiàn)有相對(duì)論時(shí)空度規(guī)理論已較好地支撐了人類(lèi)一系列宇航深空探索活動(dòng)^[2]。需指出，按照廣義相對(duì)論，時(shí)空不可分割且測(cè)量具有局域性、并對(duì)所有觀測(cè)者都是“平權(quán)的”，對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位制的“SI秒”和“SI米”的直接測(cè)量并不限定地點(diǎn)或引力場(chǎng)。為了系統(tǒng)統(tǒng)一，需配套大范圍適用的變換規(guī)則，這是創(chuàng)建和使用時(shí)空基準(zhǔn)的基本任務(wù)之一，并屬于基本天文學(xué)研究范疇。

太空活動(dòng)的空間基準(zhǔn)系統(tǒng)

空間是描述事件和物體的距離、方向坐標(biāo)分量，空間基準(zhǔn)系統(tǒng)是測(cè)定天地間所有物體和事件的距離、方向、姿態(tài)及其變化的參考系統(tǒng)，具體由國(guó)際天球參考架（international celestial reference frame，ICRF）、國(guó)際地球參考架（international terrestrial reference frame，ITRF）和地球定向參數(shù)（earth orientation parameters，EOP）等實(shí)體和參數(shù)實(shí)現(xiàn)。

由于地球整體處于不斷的運(yùn)動(dòng)變化中，其空間姿態(tài)體現(xiàn)為時(shí)變的三維轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)稱(chēng)為EOP，它描述了國(guó)際地球參考系（international terrestrial reference system，ITRS）相對(duì)地心天球參考系（geocentric celestial reference system，GCRS）的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化。EOP包括5個(gè)參數(shù)：描述地球自轉(zhuǎn)軸在慣性空間指向變化的2個(gè)歲差章動(dòng)角；描述地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球表面變化的2個(gè)極移角；描述地球繞自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的1個(gè)自轉(zhuǎn)角，即此角也用于計(jì)算UT1。這些參數(shù)構(gòu)成了衛(wèi)星軌道實(shí)時(shí)測(cè)算的重要依據(jù)。

在IAU、國(guó)際大地測(cè)量學(xué)和地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUGG）等國(guó)際聯(lián)合會(huì)共同領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際地球自轉(zhuǎn)與參考系服務(wù)機(jī)構(gòu)（IERS）協(xié)調(diào)下，在各個(gè)參與國(guó)家提供觀測(cè)設(shè)施、參與數(shù)據(jù)處理分析、合作科學(xué)研究等多種形式合作下，基于甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）、衛(wèi)星激光測(cè)距（SLR）、衛(wèi)星多普勒定軌定位（DORIS）、各類(lèi)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）以及多種類(lèi)多波段的天文望遠(yuǎn)鏡測(cè)量等系統(tǒng)，已創(chuàng)建了多套可免費(fèi)獲取的全球統(tǒng)一ITRF、ICRF和EOP產(chǎn)品。目前最新的ITRF2014還考慮了地殼的非線性運(yùn)動(dòng)和地震的影響，精度得到進(jìn)一步提高。

在經(jīng)典大地測(cè)量時(shí)代，大地基準(zhǔn)以經(jīng)緯度及高程表示，體現(xiàn)為國(guó)家、地區(qū)的區(qū)域特性。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)出現(xiàn)后，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）需與地面基準(zhǔn)控制點(diǎn)和坐標(biāo)取得協(xié)調(diào)。例如，美國(guó)全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）的WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)是1984年定義的國(guó)際協(xié)議，這是為GPS使用而建立的全球地面坐標(biāo)系統(tǒng)，相當(dāng)于某一時(shí)間點(diǎn)上的國(guó)際地面坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system，BDS）的BDCS坐標(biāo)系統(tǒng)，則與中國(guó)測(cè)繪部門(mén)發(fā)布的大地坐標(biāo)系CGCS2000一致。這類(lèi)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與經(jīng)典大地測(cè)量的區(qū)域性基準(zhǔn)不同，需與ITRF連接進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一。目前，美國(guó)最新的WGS84連接到了國(guó)際ITRF2008，而我國(guó)BDCS是連接到了ITRF2000。

國(guó)內(nèi)外太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

原子鐘和 UT1是把控時(shí)空系統(tǒng)的核心技術(shù)

目前，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)空基準(zhǔn)均建立在地面，各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)依靠全球或區(qū)域監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)定衛(wèi)星軌道和星上鐘差，并通過(guò)衛(wèi)星播發(fā)廣播星歷和鐘差實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)空基準(zhǔn)的傳遞。所有導(dǎo)航衛(wèi)星均配置了星載原子鐘，主要包括銣原子鐘、銫原子鐘和被動(dòng)型氫鐘。美國(guó)海軍天文臺(tái)在原子時(shí)自主守時(shí)方面發(fā)揮了國(guó)際引領(lǐng)和主導(dǎo)作用。美國(guó)國(guó)家時(shí)間頻率準(zhǔn)確度已達(dá)到10^-15，時(shí)間同步精度達(dá)到納秒量級(jí)，在國(guó)際原子時(shí)產(chǎn)生中擁有最大權(quán)重。美國(guó)GPSIII衛(wèi)星配置的增強(qiáng)型銣原子鐘日穩(wěn)定度達(dá)到10^-15量級(jí)。

經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，我國(guó)守時(shí)和授時(shí)已達(dá)到國(guó)際一流水平，但由于缺乏10^-16穩(wěn)定度守時(shí)鐘技術(shù)，與美國(guó)存在性能上的差距。但BDS建設(shè)加速推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步，北斗三號(hào)衛(wèi)星配置的銣原子鐘日穩(wěn)定度達(dá)到了10^-14量級(jí)，正加速追趕國(guó)際一流水平，被動(dòng)型氫原子鐘日穩(wěn)定度達(dá)到10^-15量級(jí)，和歐洲伽利略星載氫鐘指標(biāo)相當(dāng)。

UT1表征了地球的真實(shí)自轉(zhuǎn)角度，一切聯(lián)系地面和空間目標(biāo)測(cè)量信息均需要這個(gè)量，使得其在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生、深空探測(cè)、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，其中多數(shù)情況需要實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)UT1。例如，在2020年，由于新冠肺炎疫情致使居家辦公，美國(guó)GPS、俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system，GLONASS）和歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo satellite navigation system）曾聯(lián)名支持UT1的準(zhǔn)實(shí)時(shí)國(guó)際聯(lián)測(cè)，以保持導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的服務(wù)精度。光學(xué)照相測(cè)量技術(shù)也曾在UTI測(cè)量上發(fā)揮過(guò)重要作用，但精度相比于現(xiàn)今最精確的VLBI有量級(jí)差異。

目前，國(guó)際上UT1數(shù)據(jù)產(chǎn)品的權(quán)威發(fā)布機(jī)構(gòu)為IERS，測(cè)量UT1等參數(shù)需要全球VLBI觀測(cè)站網(wǎng)。為此，美國(guó)航天局戈達(dá)德空間飛行中心（GSFC）牽頭成立了國(guó)際測(cè)地與天體測(cè)量VLBI服務(wù)（IVS）機(jī)構(gòu)，從而協(xié)調(diào)全球VLBI站網(wǎng)參加UT1的觀測(cè)、相關(guān)處理、數(shù)據(jù)分析，為IERS提供數(shù)據(jù)源。上海天文臺(tái)是IVS的正式成員和數(shù)據(jù)分析中心之一，自1987年開(kāi)始參加國(guó)際聯(lián)測(cè)，目前每年參加約30次，不定期向IVS提供射電ICRF、ITRF和EOP等解算結(jié)果。在上海天文臺(tái)的支持下，國(guó)家授時(shí)中心和我國(guó)深空網(wǎng)均開(kāi)展過(guò)UT1觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，有關(guān)單位合作初步構(gòu)建了可代替互聯(lián)網(wǎng)UT1下載服務(wù)的能力，但由于剛起步，還未形成UT1服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈。

目前我國(guó)UT1參數(shù)取自IERS，美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家則一直保持獨(dú)立測(cè)定工作。但近年國(guó)際形勢(shì)突變，完全依賴(lài)國(guó)外產(chǎn)品存在嚴(yán)重安全隱患。為此，我國(guó)也積極部署，有望在近2年實(shí)現(xiàn)全套EOP參數(shù)獨(dú)立測(cè)量和自主產(chǎn)品服務(wù)能力，但在基礎(chǔ)科研、人才隊(duì)伍扶持等方面還有不足。

星表和歷表研制技術(shù)

國(guó)外星表與歷表發(fā)展

國(guó)外有記載的最早星表是希臘人阿里斯提魯斯等于公元前260年所著的星表，包括近幾百顆星且位置精度都在1度水平。人類(lèi)最早的星表是公元前360年我國(guó)石申等人編制的《石氏星經(jīng)》，比國(guó)外早了近100年。但隨后歐洲科技發(fā)展提速，17世紀(jì)發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡、19世紀(jì)發(fā)明天文照相術(shù)，積累了大量地面觀測(cè)數(shù)據(jù)。1988年，德國(guó)編制了亞角秒級(jí)FK5星表，在位置精度、恒星數(shù)目方面有了巨大提高，是當(dāng)時(shí)國(guó)際最高精度的基準(zhǔn)星表。1991年IAU決議采用銀河系外的類(lèi)星體作為國(guó)際天球參考系的基準(zhǔn)源，1997年歐洲航天局（ESA）第1顆天體測(cè)量衛(wèi)星任務(wù)帶來(lái)了依巴谷星表，隨后開(kāi)啟了空間天體測(cè)量的時(shí)代。依巴谷星表是國(guó)際天球參考系更新定義后的首次光學(xué)實(shí)現(xiàn)^[9]。同一時(shí)期，天文學(xué)家在地面啟用了VLBI，基于近30年國(guó)際聯(lián)合觀測(cè)累積，截至目前已實(shí)現(xiàn)了射電天球參考架的4次升級(jí)，在數(shù)量、位置精度和頻段覆蓋寬度等方面均有很大提高。2013年ESA發(fā)射了蓋亞（Gaia）衛(wèi)星，致力于持續(xù)積累觀測(cè)和處理數(shù)據(jù)，并分期發(fā)布星表產(chǎn)品。目前，Gaia任務(wù)成果發(fā)布的星數(shù)已達(dá)20多億，最終天體測(cè)量精度將達(dá)到5—10微角秒水平，這將會(huì)成為人類(lèi)至今創(chuàng)建的最高精度和最高密度的ICRF。此外，國(guó)外還編制出了多個(gè)基于地面照相觀測(cè)的星表和針對(duì)其他特殊目的星表，如暗星星表、變星星表、黃道星表、導(dǎo)星星表、特殊紅外波段星表等。

太陽(yáng)系天體歷表在飛行器定軌、深空探索等方面發(fā)揮著不可替代的作用。有賴(lài)于地基天文觀測(cè)和深空探測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累，太陽(yáng)系天體歷表精度逐步提升。美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）自20世紀(jì)60年代開(kāi)創(chuàng)了高精度數(shù)值歷表研究；70年代初，其發(fā)布的DE系列歷表成為世界標(biāo)準(zhǔn)。DE系列先后根據(jù)不同目的發(fā)表了多個(gè)版本，在天體數(shù)量、參數(shù)精度、時(shí)間跨度等方面不斷升級(jí)，當(dāng)前最新版本為DE440/LE436。俄羅斯科學(xué)院應(yīng)用天文研究所（IAA）從1974年開(kāi)始獨(dú)立研制出了EPM系列歷表。法國(guó)歷書(shū)編算與天體力學(xué)研究所（IMCCE）從2003年起開(kāi)始研制INPOP系列歷表，目前指標(biāo)已達(dá)到美國(guó)DE系列歷表水平。目前國(guó)際上僅有美、俄、法3個(gè)國(guó)家具有公開(kāi)發(fā)表高精度數(shù)值歷表的實(shí)力，并且實(shí)力還在不斷提升。

我國(guó)星表與歷表發(fā)展

由于歐美星表和歷表產(chǎn)品基本可滿(mǎn)足我國(guó)軍民領(lǐng)域的相關(guān)需要，故我國(guó)一直采取了國(guó)際合作的策略，對(duì)歐美星表和歷表產(chǎn)品以采用為主，貢獻(xiàn)有限。近幾年來(lái)，依托國(guó)內(nèi)射電望遠(yuǎn)鏡，上海天文臺(tái)開(kāi)展了黃道帶天區(qū)的射電星表加密工作，并基于數(shù)字化施密特照相巡天數(shù)據(jù)，編制出我國(guó)第1部絕對(duì)自行星表（absolute proper motions outside the plane，APOP）。紫金山天文臺(tái)1984年起開(kāi)始基于美國(guó)DE歷表編算天文年歷，并于2005年形成了PMOE2003（purple mountain observatory ephemeris 2003）歷表，但框架初值、物理和天文常數(shù)取自DE405，未能實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立自主。

盡管我國(guó)目前缺乏國(guó)際權(quán)威產(chǎn)品，但在圍繞星表和歷表建立所需的天體力學(xué)、天體測(cè)量和行星科學(xué)方面已形成較為完善的學(xué)科基礎(chǔ)，掌握了微角秒級(jí)星表的相對(duì)論模型創(chuàng)建和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，星表和歷表研究評(píng)估的技術(shù)儲(chǔ)備扎實(shí)，潛力巨大。隨著深空探測(cè)任務(wù)的增多，合理利用我國(guó)構(gòu)建的深空測(cè)控網(wǎng)^[13]，也能提升構(gòu)建星表和歷表的能力。

脈沖星計(jì)時(shí)觀測(cè)技術(shù)

根據(jù)過(guò)去30年對(duì)脈沖星的不斷觀測(cè)，目前已知脈沖星的長(zhǎng)期穩(wěn)定度最高可達(dá)10^-15，這距離當(dāng)今最高精度原子鐘的穩(wěn)定度還有一定差距，但自從1982年第1顆毫秒脈沖星PSR B1937+21被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，在自然界探尋最高穩(wěn)定度的脈沖星已成為天文學(xué)家的夢(mèng)想，這也是太陽(yáng)系及其外更大范圍深空乃至星際探索所需的潛在時(shí)空基準(zhǔn)源之一。近期，ESA已開(kāi)展了脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)方面的研究，即PulChron計(jì)劃，并部分實(shí)現(xiàn)了可溯源的脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上也逐漸形成了若干脈沖星計(jì)時(shí)陣合作組織，并聯(lián)合構(gòu)成了國(guó)際脈沖星測(cè)時(shí)陣（international pulsar timing array，IPTA）。

中國(guó)科學(xué)院新疆天文臺(tái)等單位長(zhǎng)期開(kāi)展脈沖星計(jì)時(shí)觀測(cè)，在脈沖星鐘頻率穩(wěn)定度估計(jì)、綜合脈沖星時(shí)算法等方面積累了研究基礎(chǔ)和人才隊(duì)伍。但前期受限于設(shè)施測(cè)量能力水平，直到2016年500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）建成后，才實(shí)現(xiàn)了對(duì)少數(shù)脈沖星百納秒的測(cè)時(shí)精度，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。但FAST在脈沖星觀測(cè)方面仍存在觀測(cè)時(shí)間不足、天區(qū)覆蓋有限、觀測(cè)頻率無(wú)法拓展到3GHz以上等短板。由此可見(jiàn)，我國(guó)脈沖星觀測(cè)與國(guó)際水平相比仍有較大差距。

其他專(zhuān)用精密時(shí)空框架

自1969年以來(lái)，歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本成功發(fā)展了基于人造信標(biāo)的太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)技術(shù)，包括月面和火星表面激光角反射器、地月之間主動(dòng)激光測(cè)量、地火之間多普勒測(cè)量技術(shù)，并且在火星周?chē)\(yùn)行多個(gè)中繼衛(wèi)星。目前，歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本基于人造信標(biāo)的太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第3代，把飛抵火星原有50%的失敗概率幾乎降低到了零。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家均提出在地月空間通過(guò)探測(cè)器發(fā)播人工脈沖實(shí)現(xiàn)深空基準(zhǔn)星座的技術(shù)，現(xiàn)國(guó)外已出版了相關(guān)技術(shù)的白皮書(shū)，而我國(guó)在個(gè)別方向上處于論證發(fā)展階段。目前，我國(guó)嫦娥四號(hào)中繼衛(wèi)星僅承擔(dān)對(duì)月球著陸器的接力通信工作，不具備微波接力測(cè)量或構(gòu)建基準(zhǔn)的能力，且我國(guó)還沒(méi)在月面部署激光反射器。

當(dāng)前我國(guó)太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)存在的主要問(wèn)題和原因

當(dāng)前存在的主要問(wèn)題

盡管在個(gè)別方面有相當(dāng)好的水平，但作為航天大國(guó)，我國(guó)太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)的整體層面存在基礎(chǔ)設(shè)施水平不高、科研根基不實(shí)、不具備系統(tǒng)性產(chǎn)品服務(wù)能力、對(duì)國(guó)外依存度大的問(wèn)題。

目前，我國(guó)星表、歷表、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)等數(shù)據(jù)主要來(lái)自國(guó)外組織機(jī)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，這不具有長(zhǎng)遠(yuǎn)性和可靠性。例如，在我國(guó)某些航天任務(wù)關(guān)鍵時(shí)刻，曾多次發(fā)生IERS臨時(shí)維護(hù)而暫時(shí)停止其EOP服務(wù)的事件；我國(guó)小天體探測(cè)任務(wù)目標(biāo)2016HO3小行星和311P彗星在國(guó)內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，所以只能分析國(guó)外數(shù)據(jù)，且缺乏觀測(cè)驗(yàn)證能力；我國(guó)有些太空遙感任務(wù)所需的紅外星表國(guó)外未共享，只能依靠光譜模型理論推算；北斗二號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于沒(méi)及時(shí)更新太陽(yáng)系天體歷表，導(dǎo)致無(wú)法精確計(jì)算太陽(yáng)和月亮對(duì)衛(wèi)星的引力攝動(dòng)，曾導(dǎo)致軌道計(jì)算和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)暫時(shí)中斷。

長(zhǎng)此以往，我國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航、近地小行星探測(cè)、空間安全、大地測(cè)繪等將逐步陷入基礎(chǔ)時(shí)空定位信息精度不斷下降以及難以校核的困境。

當(dāng)前問(wèn)題的主要原因

安全性戰(zhàn)略性認(rèn)識(shí)不夠。我國(guó)在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里對(duì)時(shí)空基準(zhǔn)源頭建設(shè)重視不夠，忽略了其在衛(wèi)星導(dǎo)航、深空探測(cè)和國(guó)防建設(shè)等方面的戰(zhàn)略意義。我國(guó)太空活動(dòng)起步于火箭衛(wèi)星等國(guó)防應(yīng)用急需，起初精度要求也不高，尚未系統(tǒng)布局時(shí)空基準(zhǔn)的設(shè)施建設(shè)，對(duì)于星表、歷表和EOP的作用價(jià)值也認(rèn)識(shí)有限。其次，“拿來(lái)主義”思想使得我國(guó)科研人員形成了依賴(lài)國(guó)外產(chǎn)品的慣性，沒(méi)有深刻意識(shí)到星表、歷表等參數(shù)自主可控的重要性。

歷史積累和研發(fā)投入不足。星表和歷表研制是極其浩繁的系統(tǒng)工程，需要大量精密先進(jìn)的天基和地基觀測(cè)裝置，更需要長(zhǎng)期的觀測(cè)積累。歐美國(guó)家在前人肩膀上持續(xù)更新提升，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的隊(duì)伍，沉浸于細(xì)致入微的理論和數(shù)據(jù)分析。我國(guó)對(duì)太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)的源頭星歷表從未進(jìn)行系統(tǒng)性計(jì)劃支持，投入不足，人才隊(duì)伍不穩(wěn)定，設(shè)施發(fā)展遲緩。

系統(tǒng)性科研與重大任務(wù)牽引缺失。我國(guó)相關(guān)單位在星表改進(jìn)、天文年歷編算、太陽(yáng)系小天體研究等方面，多是應(yīng)零散性、臨時(shí)性、緊急性任務(wù)的要求而開(kāi)展，科研服務(wù)國(guó)家重大需求的意識(shí)不強(qiáng)，滿(mǎn)足于應(yīng)付眼前和一事一議，缺乏試用試錯(cuò)再改進(jìn)的機(jī)會(huì)，產(chǎn)品化能力和系統(tǒng)性積累不足，導(dǎo)致大量技術(shù)成果長(zhǎng)期走不出實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)雖然在某些方向的研究水平能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但沒(méi)有形成面向各類(lèi)航天任務(wù)統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)權(quán)威性框架產(chǎn)品，更沒(méi)有實(shí)現(xiàn)從科學(xué)研究到服務(wù)能力的持續(xù)轉(zhuǎn)化。

在航天用戶(hù)部門(mén)方面，我國(guó)傾向于重大工程構(gòu)建，并不關(guān)注其基礎(chǔ)性源頭性建設(shè)問(wèn)題。然而，美國(guó)JPL的DE系列歷表很多更新就是為了具體深空探測(cè)任務(wù)所經(jīng)歷引力場(chǎng)環(huán)境不同而研制的；法國(guó)INPOP系列歷表的發(fā)展則主要源自于ESA的Gaia天體測(cè)量任務(wù)和其觀測(cè)資料的微角秒級(jí)處理分析需求。由此可見(jiàn)，我國(guó)在太空活動(dòng)相關(guān)時(shí)空基準(zhǔn)方面的系統(tǒng)性科研與重大任務(wù)牽引上還缺乏基礎(chǔ)科研建設(shè)，并存在部分思想認(rèn)識(shí)問(wèn)題。

發(fā)展思路建議

我國(guó)正在從航天大國(guó)轉(zhuǎn)向強(qiáng)國(guó)的路上，空間活動(dòng)正以前所未有的速度和力度從地球空間向地月空間、月球空間、太陽(yáng)系行星際延伸，而諸如北斗工程、嫦娥工程、火星探測(cè)和小行星探測(cè)等重大航天工程任務(wù)，都要求掌握高精度時(shí)空基準(zhǔn)源頭數(shù)據(jù)。“不積跬步無(wú)以至千里”，面向空間重大活動(dòng)需求，務(wù)必提高認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化任務(wù)工程化、工作持久化、能力系統(tǒng)化、成果服務(wù)化和研究國(guó)際化的思維與理念，以盡早為我國(guó)太空活動(dòng)提供自主可控且國(guó)際先進(jìn)的各類(lèi)時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)。建議發(fā)展對(duì)策如下：

加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。建議在國(guó)家層面對(duì)太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究給予穩(wěn)定支持，主要包括：加強(qiáng)新型高精度原子頻率標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的原子物理學(xué)、量子力學(xué)等前沿科學(xué)研究，并加強(qiáng)基礎(chǔ)材料工藝攻關(guān)；開(kāi)展相對(duì)論框架下的照相天體測(cè)量模型研究、數(shù)據(jù)處理方法研究等工作，為獨(dú)立創(chuàng)建紅外星表奠定基礎(chǔ)；深入開(kāi)展相對(duì)論時(shí)空理論以及與之密切相關(guān)的引力場(chǎng)參數(shù)測(cè)定研究，深化太陽(yáng)系天體動(dòng)力學(xué)建模研究；深入開(kāi)展脈沖星計(jì)時(shí)和定位探測(cè)技術(shù)，解析低頻噪聲來(lái)源，建立脈沖星歷表，這是任何利用脈沖星構(gòu)建時(shí)空基準(zhǔn)系統(tǒng)所無(wú)法繞開(kāi)的基礎(chǔ)工作。

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。要加強(qiáng)國(guó)家層面頂層設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)論證。太空活動(dòng)時(shí)空基準(zhǔn)的構(gòu)建是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多技術(shù)的戰(zhàn)略性系統(tǒng)工程，不能全靠零散科研，必須從國(guó)家頂層上加強(qiáng)對(duì)應(yīng)用需求、任務(wù)目標(biāo)、技術(shù)方案的設(shè)計(jì)和論證，建立國(guó)家級(jí)的專(zhuān)業(yè)人才隊(duì)伍，研究促進(jìn)航天任務(wù)和天文科研有機(jī)協(xié)同機(jī)制。

加強(qiáng)資源統(tǒng)籌。調(diào)研既有技術(shù)條件，集約化利用已有存量，理清體系關(guān)系，統(tǒng)籌相關(guān)規(guī)劃。統(tǒng)籌不同渠道安排的觀天測(cè)地設(shè)施，從而高性?xún)r(jià)比地實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)系行星和基本物理參數(shù)進(jìn)行自主高精度測(cè)量。例如，應(yīng)用上協(xié)調(diào)好設(shè)施能力、地理位置、時(shí)段分配和聯(lián)測(cè)需求，合理規(guī)劃調(diào)配；深入開(kāi)發(fā)我國(guó)探月工程、深空探測(cè)計(jì)劃的產(chǎn)出潛能；在每次任務(wù)中增加行星觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置合作探測(cè)目標(biāo)。

加強(qiáng)觀測(cè)能力。加快補(bǔ)齊觀測(cè)設(shè)施短板，增補(bǔ)構(gòu)建若干地基和天基專(zhuān)用系統(tǒng)。例如，為高精度自主化提供UT1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并兼顧精化ICRF，應(yīng)研究布局天地一體的VLBI聯(lián)測(cè)系統(tǒng)；針對(duì)脈沖星開(kāi)展以FAST為核心，并適當(dāng)增補(bǔ)中小型射電裝置陣列的能力建設(shè)。這不僅能補(bǔ)足脈沖星觀測(cè)短板，還能通過(guò)VLBI組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)脈沖星星歷表與射電星表的連接和加密，也將為人類(lèi)開(kāi)展深空甚至星際探索提供潛在的時(shí)空基準(zhǔn)源。

加強(qiáng)國(guó)際合作。在EOP和UT1產(chǎn)品服務(wù)能力方面，貢獻(xiàn)我國(guó)近些年部署的觀測(cè)設(shè)施和數(shù)據(jù)，爭(zhēng)取牽頭組織空間基準(zhǔn)方面的國(guó)際聯(lián)測(cè)活動(dòng)，帶動(dòng)服務(wù)能力提升；在射電星表方面，繼續(xù)加強(qiáng)與美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在空間大地測(cè)量方面的合作，積極參與國(guó)際聯(lián)測(cè)和數(shù)據(jù)處理，加速提高自主創(chuàng)建射電星表的能力；在光學(xué)星表方面，繼續(xù)深化與ESA的Gaia項(xiàng)目合作，在相對(duì)論模型創(chuàng)建、觀測(cè)圖像微角秒級(jí)數(shù)據(jù)處理、星表獨(dú)立評(píng)估等方面深度參與；在太陽(yáng)系歷表方面，加強(qiáng)同美、俄、法的合作交流，積極牽頭組織國(guó)際計(jì)劃，增強(qiáng)國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。我國(guó)曾作為核心參與IAU關(guān)于太陽(yáng)系時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換理論創(chuàng)建和規(guī)范制定工作，在基本天文學(xué)領(lǐng)域有了一定的國(guó)際影響力。要高舉構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體目標(biāo)，繼續(xù)堅(jiān)持國(guó)際化視野和胸懷，持續(xù)積極推動(dòng)國(guó)際合作。

(作者：肖偉剛，中國(guó)科學(xué)院重大科技任務(wù)局；齊朝祥，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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