2015年12月17日，中國空間科學衛(wèi)星系列首發(fā)星——暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”，帶著去太空尋找暗物質存在證據(jù)的使命順利升空。
今年4月6日，中國首顆微重力科學實驗衛(wèi)星“實踐十號”返回式科學實驗衛(wèi)星成功發(fā)射，并于12天后帶著19項科學實驗結果成功返回，成為我國迄今為止承載空間科學實驗項目及種類最多的單次衛(wèi)星任務。
至此，中國科學院空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項（簡稱“空間科學先導專項”）首批立項研究的4顆科學衛(wèi)星，已經(jīng)“進程過半”。
在接下來的半年中，空間科學先導專項的步伐仍舊緊湊：備受矚目的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星以及硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星將于下半年相繼發(fā)射，全面開啟中國空間科學探索的新時代。
“我非常高興地看到今日的中國能夠大力投身到空間研究當中，空間項目數(shù)量飛速增長。此時正值美國和俄羅斯等過去的空間強國都處于過渡轉型期或者止步不前。因此，中國此時的發(fā)力恰逢其時！”波蘭格但斯克大學理論物理和天文物理研究所所長Marek Zukowski教授興奮地告訴《科學新聞》。
美國麻省理工學院物理學教授Vladan Vuletic也向本刊表示：“中國在發(fā)射了一系列新的衛(wèi)星之后，我相信中國將會成為空間科學實驗的領跑者。”
五年，四星。作為我國迄今為止最大規(guī)模的空間科學衛(wèi)星計劃，空間科學先導專項在中科院的領導下，以其獨特的前瞻性布局、“火箭般”的速度彎道超車，逐步撐起我國空間科學事業(yè)的脊梁。
意義非凡
從探索無盡的宇宙到研究微觀粒子，空間科學具有非凡的戰(zhàn)略意義。
當代科學發(fā)展史一次又一次地證明，空間科學不僅是探索太空奧秘、拓展人類認知能力、推進社會文明進步的前沿科學領域，也是促進航天技術創(chuàng)新、服務國家安全與經(jīng)濟發(fā)展、實現(xiàn)和平利用太空以及提升國家地位的戰(zhàn)略制高點。
世界各國也清楚地意識到空間科學的重要性，可以說，在21世紀，決定霸業(yè)的關鍵領域將是太空。
近幾十年，國際上已成功實施了幾十項大型空間科學計劃。在發(fā)射的6000個空間飛行器中，專門用作空間科學研究的衛(wèi)星和深空探測器約700顆，除軍用衛(wèi)星外占20%以上。美國國家航空航天局（NASA）每年民用航天投入達180億~190億美元，其中科學衛(wèi)星（不包含載人航天科學實驗）就占50億美元，近30%。歐洲航天局（ESA）的總投入中也有25%用作科學衛(wèi)星研制。
步入21世紀，新一輪空間探索浪潮不斷興起，世界各國及地區(qū)紛紛推出空間發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃，如NASA的《戰(zhàn)略規(guī)劃》和《科學計劃》系列、ESA的《宇宙憧憬2015-2025》、日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）的《2005-2025航天計劃》、俄羅斯的《2030年前及以遠俄聯(lián)邦航天活動領域國家政策原則的基本綱要》等，積極謀求空間發(fā)展的未來之路。
而對空間科學的專注也為人類社會帶來了革命性的科學突破：探測到引力波，發(fā)現(xiàn)太陽風和地球輻射帶，發(fā)現(xiàn)地球極區(qū)臭氧洞，發(fā)現(xiàn)火星上的甲烷和水冰，發(fā)現(xiàn)黑洞/中子星等致密天體，精細測定宇宙微波背景輻射和宇宙年齡，推動建立宇宙大爆炸模型理論……
“為什么其他國家如此重視空間科學？因為這是基礎科學的前沿、科學探索的前沿，每走一步都可能有重大突破。這也表明發(fā)達國家對基礎研究的重視是持續(xù)性的。”中科院國家空間科學中心主任、中科院空間科學先導專項負責人、空間科學先導專項科學衛(wèi)星工程常務副總指揮吳季告訴《科學新聞》。
然而，在國際空間科學風生水起的同時，我國的空間科學發(fā)展卻因為規(guī)模小、投入少、重技術輕科學、缺少科學衛(wèi)星和空間實驗機會等問題而尤顯滯后。
先天不足
2014年，一份由日本科學技術振興機構（JST）發(fā)布的報告引起了國人的注意。
這份報告從空間運輸、空間利用、空間科學和載人空間活動四個方面，對各國的空間科技能力進行打分（滿分為100分）。結果顯示，美國以95分位列第一，其次是歐洲70分，第三名是俄羅斯60分，日本以53分緊隨其后，而中國以48分排名第五。
隨后，他們又對月球和行星探測、天文觀測、近地空間環(huán)境觀測等子領域的空間科學進行綜合評價（滿分為20分）。結果顯示，美國19分，而中國僅得4分。此外，中國在對地觀測以及航天醫(yī)學、空間生命科學、微重力科學實驗技術方面的表現(xiàn)也差強人意。
“如果說空間運輸是中國空間科技的加分項，那么載人航天活動能力與中國整體空間科技能力地位基本相稱，但空間科學和空間利用卻無情地拖了中國的后腿！”中國科學院文獻情報中心情報研究部副主任楊帆分析道。
有數(shù)據(jù)顯示，2000~2014年的15年間，NASA平均每年在空間科學領域的投入達60.8億美元，ESA每年投入22.7億美元。而我國在民用航天領域投入中，大約只有不到10%會用于空間科學計劃。不僅如此，在全球5000多項空間科學實驗項目中，中國僅占2%左右。
“我國被公認為是航天大國，但空間科學卻十分薄弱。”中國科學院院士方成表示。我國的優(yōu)勢主要集中在技術方面，如火箭、衛(wèi)星發(fā)射技術都位于世界前列，但是空間科學研究卻落后得比較多。比如在天文方面，國際上已經(jīng)發(fā)射了400多顆天文衛(wèi)星，而我國在先導專項之前卻一顆天文衛(wèi)星都沒有，可見我國與國際先進水平的差距。
對此，澳門科技大學太空科學研究所教授許敖敖也指出，我國在空間技術、經(jīng)費投入、人才隊伍等方面都與國際空間科學強國有較大的差距。與此同時，在空間科學的8個分支領域中，科學水平和國家支持的力度也有明顯差別。
“國家對空間科學的投入太少，這與我國目前的國力實不相稱。即使與經(jīng)濟實力較弱的俄羅斯相比，我國在空間科學方面的投入也少得多。”許敖敖表示。
有分析指出，我國在空間科學領域的相對滯后，主要因為先天不足。
從我國的航天事業(yè)起步開始，作為發(fā)展中國家，我國有限的航天投入均集中在應用衛(wèi)星上，將災害監(jiān)測、天氣預報、資源考察、國防和國民經(jīng)濟發(fā)展需求放在首位。直到2000年以后，我國才在航天經(jīng)費里拿出部分資金支持空間科學，發(fā)展科學衛(wèi)星。
由于缺少自主的空間科學衛(wèi)星和一手探測數(shù)據(jù)，我國的空間科學家只能長期使用國外科學衛(wèi)星的二手探測數(shù)據(jù)，因而難以做出原創(chuàng)性的科學發(fā)現(xiàn)和成果，科學研究上常處于被動的局面，成果的歸屬、影響力方面也受到很大的制約。
“在先導專項之前，我國在空間科學領域的投入基本是空白的。因為我們是發(fā)展中國家，空間科學又花費巨大�？臻g科學并不像做數(shù)學，只要支持數(shù)學家就能出成果。它雖然研究的是基礎科學，但卻需要衛(wèi)星、火箭、科學儀器等技術的支撐。因此，空間科學和其他基礎科學不同之處就在于它是和技術緊密相關的，必須要解決上天和在天上做實驗的問題。”吳季分析道。
若想縮小我國與國際主要空間強國的差距，提高我國的科技實力與綜合地位，必須要加大空間科學研究的投入。
應運而生
在邁入21世紀的第二個十年之前，我國的空間科學發(fā)展出現(xiàn)了決定性轉機。國務院審議通過了中國科學院的“創(chuàng)新2020”規(guī)劃，明確要求通過組織實施戰(zhàn)略性先導科技專項，形成重大創(chuàng)新突破和集群優(yōu)勢。
而在此當中，空間科學先導專項的實施方案在眾多建議專項之中脫穎而出。
2009年12月，在中科院規(guī)劃戰(zhàn)略局組織召開的戰(zhàn)略性先導科技專項實施方案評議會上，空間科學先導專項的評議結果在16個建議專項中名列前三。經(jīng)中科院黨組會審議，將其確定為擬于第一批啟動的專項之一，并于次年9月通過了戰(zhàn)略性先導科技專項咨詢評議會專家的評議。
論證委員會為專項給出了較高的評價：“專項瞄準具有重大科學發(fā)現(xiàn)潛力且我國具有優(yōu)勢的領域，優(yōu)先提出了量子科學實驗衛(wèi)星等五項科學衛(wèi)星任務，預期將實現(xiàn)重大科學突破，并牽引多項核心技術的發(fā)展。專項目標明確，實施方案清晰。一致同意空間科學先導專項實施方案通過論證，建議項目及早啟動。”
2011年1月11日，空間科學先導專項隨著首批戰(zhàn)略性先導科技專項的啟動應運而生，成為我國迄今為止規(guī)模最大的空間科學衛(wèi)星計劃。
中科院國家空間科學中心作為我國空間科學及其衛(wèi)星工程項目的總體性研究機構，面向全國的空間科學創(chuàng)新平臺，負責組織開展國家空間科學發(fā)展規(guī)劃研究，以及空間科學先導專項的組織與實施。
隨后，空間科學先導專項共先后部署了7個研究項目：
硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星（HXMT）研究黑洞的性質及極端條件下的物理規(guī)律；
量子科學實驗衛(wèi)星（QUESS），實現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間量子保密通信試驗；
暗物質粒子探測衛(wèi)星（DAMPE），尋找暗物質湮滅的證據(jù)，探索宇宙線起源；
“實踐十號”返回式科學實驗衛(wèi)星（SJ-10），利用返回式衛(wèi)星技術，推動空間微重力科學和空間生命科學發(fā)展；
夸父計劃（KUAFU），研究太陽活動事件對地球空間環(huán)境的影響；
空間科學背景型號項目，根據(jù)戰(zhàn)略規(guī)劃和發(fā)展路線圖，遴選科學衛(wèi)星項目進行背景型號研究，為“十三五”科學衛(wèi)星的工程研制、發(fā)射和獲得科學成果作準備；
空間科學預先研究項目，通過部署項目集群的方式，對未來的空間科學衛(wèi)星計劃和必需的關鍵技術進行先期研究。
“我很激動地看到中國加入到科學衛(wèi)星事業(yè)中來。這是中國邁出的非常重要、非常偉大的一步。”諾貝爾物理學獎得主、澳大利亞國立大學校長Brian Schmidt告訴《科學新聞》。
如今，肩負探尋太空暗物質存在證據(jù)使命的暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”，以及進行了19項微重力科學實驗的“實踐十號”返回式科學實驗衛(wèi)星均已成功發(fā)射。而備受矚目的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，以及硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星，也將于今年下半年相繼發(fā)射。
“中國研制發(fā)射的這幾顆科學衛(wèi)星都是一流的。”國際空間科學研究所（ISSI）執(zhí)行董事、原國際空間研究委員會（COSPAR）主席Roger Bonnet向《科學新聞》表示，“暗物質衛(wèi)星以及即將發(fā)射的量子科學實驗衛(wèi)星可以說是諾貝爾獎級的卓越衛(wèi)星任務。硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星則是一項非常有競爭力的任務，美國、歐洲和俄羅斯都瞄準這個領域在發(fā)力，因此國際競爭將非常激烈。”
前瞻部署、各具特色的空間科學先導專項，讓中國的空間科學發(fā)展大步邁入“全速發(fā)展期”。
先導魅力
空間科學先導專項的科學衛(wèi)星系列，為我國航天事業(yè)帶來了一股創(chuàng)新之風，不僅快速填補了我國在科學衛(wèi)星上的空白，也讓中國先于歐美國家，率先部署了一些可能會做出原創(chuàng)性科研成果的重大突破點。
即將發(fā)射的量子科學實驗衛(wèi)星就將領先歐洲和北美，成為世界首顆致力于量子科學實驗的衛(wèi)星。
當時，在遠距離自由空間量子通信研究方面幾乎并駕齊驅的奧地利科學院院長Anton Zeilinger組和中國科學院院士潘建偉團隊都瞄準了向衛(wèi)星進行隱形傳態(tài)實驗驗證這一領域。
國際權威期刊《自然》雜志在報道潘建偉團隊量子通信工作的長篇新聞特稿《量子太空競賽》中寫道：Zeilinger的研究組一直在與ESA商討建立量子衛(wèi)星計劃，但這些努力因拖延而漸漸告吹。Zeilinger說：“它的運行機制太慢了，以至于沒有做出任何決策。”
一方面是ESA的猶豫，另一方面中國緊抓機會，得以擴大領先優(yōu)勢，在此當中，潘建偉起到了決定性的推進作用。“量子衛(wèi)星”計劃在此推動下將于2016年發(fā)射，這使得潘建偉在量子空間競賽中處于領先地位，他的研究團隊將著手開展大量的科學實驗。
“對于我而言，最令我印象深刻的是中國的空間項目愿意跳出固有的思維模式來考慮新的任務，研發(fā)速度很快，而且也沒有太多的行政惰性。這一點往往困擾著其它宇航局，如NASA和ESA。”美國路易斯安那州立大學赫恩理論物理研究所聯(lián)合主管Jonathan P. Dowling教授告訴《科學新聞》。
空間科學先導專項的實施，意味著我國將有自己的科學衛(wèi)星遨游太空，并將在未來國際空間科學合作中，逐漸占據(jù)主導地位。這將開始改變我國科學家依賴國外空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，更預示著我國將在重大前沿科學的探索中取得第一手觀測數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)原始創(chuàng)新性突破。
此次科學衛(wèi)星系列不僅與基礎研究方面的探索，而且也與國民經(jīng)濟、大眾生活息息相關。“實踐十號”的19項實驗，為人類疾病的有效預防、提高煤的燃燒效率節(jié)能減排等給出了太空中的答案。
同時，暗物質衛(wèi)星、“實踐十號”等科學衛(wèi)星對太空的探索，也成為了社會熱議的“科普必修課”，讓人們更加著迷于頭頂?shù)哪瞧强铡?/font>
“此次科學衛(wèi)星系列的發(fā)射也可以提升我國的國民科學素質，很多人通過暗物質衛(wèi)星、‘實踐十號’，增進了對空間科學研究的了解。”量子科學實驗衛(wèi)星運載火箭系統(tǒng)總指揮、上海航天技術研究院研究員談學軍告訴《科學新聞》。
此外，經(jīng)過幾顆科學衛(wèi)星的實踐操練，也鑄就了我國一批年輕的空間科學隊伍。
從科學衛(wèi)星的綜合立項、工程研制、各總體協(xié)調(diào)管理，到衛(wèi)星發(fā)射、在軌運行、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)支持科學研究，“經(jīng)過這幾顆科學衛(wèi)星的實踐，中科院乃至整個中國團隊可以說比原來更有自信了，樹立了信心也積累了經(jīng)驗，對于后續(xù)更復雜的任務我們有更強的信心把工作做好”，量子科學實驗衛(wèi)星地面支撐系統(tǒng)副總師鄒自明告訴《科學新聞》。
未來藍圖
我國空間科學得以快速“彎道超車”，離不開中國科學院在此當中發(fā)揮的決定性作用。
對此，國際數(shù)字地球學會（ISDE）主席、中國科學院院士郭華東在接受《科學新聞》記者采訪時表示：“如今，空間科學先導專項已經(jīng)成功發(fā)射了兩顆空間科學衛(wèi)星。無論是剛回收的‘實踐十號’，還是成功發(fā)射的暗物質衛(wèi)星，都做得很好。這離不開國家政府的支持，以及中國科學院的謀劃。而且這也證明了中科院先導專項的魅力，相當有前瞻性。”
國際宇航科學院院士郭寶柱也評價道：“空間科學先導專項是我國重大的科學衛(wèi)星計劃，中科院作為我國空間科學探索的主力軍，對所倡議的空間科學項目提出科學目標，是科學數(shù)據(jù)的主要用戶和科學成果的產(chǎn)生地，在專項中發(fā)揮著重要的作用。”
但是在“眾星升空”之時，不少院士與專家也擔憂此次的“大手筆”只是一時的喧囂熱鬧。
“我國目前的空間科學計劃大多是‘一事一議’，包括空間科學先導專項批準的衛(wèi)星計劃也是階段性的。盡管專項做得很好，但是從全國范圍來說，這個計劃還遠遠不夠。應該說，‘一事一議’的體制很不利于我國空間科學的可持續(xù)發(fā)展。”方成指出。
缺乏長期有效的統(tǒng)籌規(guī)劃會造成阻滯我國空間科學發(fā)展的諸多弊病。例如，在空間任務成功后的數(shù)據(jù)分析與利用。譬如一項非常卓越的空間任務項目完成后，如果沒有統(tǒng)一的國家級機構統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，所獲得的數(shù)據(jù)就很有可能石沉大海，沒有太多優(yōu)秀的論文能夠發(fā)表。
Bonnet也認為，在空間科學方面以五年為計劃周期并不是恰當之舉。
一顆科學衛(wèi)星從一個建議到發(fā)射升空，所需的準備時間要遠超過兩年，技術研制取決于任務的復雜程度、成熟度等。如果是非常宏大的計劃，可能需要花費很長的時間。聞名世界的羅塞塔任務早在1983年就立項，但成果直至這兩年才出來。當在定義一項空間任務時，科學家的想法會很超前，可能當時的技術并不足以滿足他們的需求，因此就必須要承擔一定風險。
“競爭主導著國際空間科學發(fā)展的過程，如果中國再不注意到這一點，很可能就會發(fā)生發(fā)射任務都是一流的，但諾貝爾獎拱手讓人的情況。因此，中國必須要組織建立一個更加合理的空間科學管理體系，能夠為中國科學界提供所有必需的工具，讓他們成為世界上最好的競爭者。”Bonnet表示。
“目前，中科院國家空間科學中心的建立已經(jīng)是一個巨大的進步，但這還不夠，中國還需要從國家政府層面建立國家級空間科學機構，這是讓中國成為21世紀空間科學領導者的必要條件。”Bonnet強烈建議。
因此，有計劃、有步驟、有序地發(fā)展國家的空間科學，至關重要。空間領域的科學家們建議，能從國家層面設立一個直屬于國務院、類似NASA的機構，來統(tǒng)籌制定國家的空間科學發(fā)展計劃，組織和審查各種計劃及建議，制定出一個全面的國家空間科學發(fā)展路線圖。
追趕，并肩，超越。在空間科學先導專項的帶領下，我國空間科學事業(yè)邁著緊湊的步伐，正在加速邁入空間科學強國之列，圓中國從航天大國發(fā)展為航天強國的振興之夢�！�