2017年11月，中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“空間科學(xué)”（簡(jiǎn)稱空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)）結(jié)題總體驗(yàn)收會(huì)在北京舉行，標(biāo)志著中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（一期）圓滿收官，我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星發(fā)展站在了新的歷史起點(diǎn)上。
自2011年啟動(dòng)以來(lái)，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)部署的暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”“實(shí)踐十號(hào)”衛(wèi)星、量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”以及硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”四發(fā)四捷，已經(jīng)或正在產(chǎn)出系列重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和原始創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先或先進(jìn)的空間技術(shù)突破，極大地提升了中國(guó)在空間科學(xué)上的國(guó)際聲譽(yù)。
而面向未來(lái)，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心牽頭組織實(shí)施的這一我國(guó)迄今為止最大規(guī)模的科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃，正全面鋪開(kāi)新的藍(lán)圖。
中國(guó)呼喚空間科學(xué)
有人說(shuō)，一個(gè)不知道仰望星空的民族是沒(méi)有希望的民族；也有人說(shuō)，21世紀(jì)決定霸業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)⑹翘铡墓胖两�，人類在太空中馳騁了最夢(mèng)幻的暢想和最堅(jiān)定的探求。
1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星“Sputnik 1”。這顆僅運(yùn)行了92天的人造衛(wèi)星讓全世界為之震驚，太空逐鹿就此開(kāi)始。
近幾十年，在國(guó)際發(fā)射的6000個(gè)空間飛行器中，專門(mén)用作空間科學(xué)研究的衛(wèi)星和深空探測(cè)器約有700顆。此外，人類還建造了空間實(shí)驗(yàn)室、空間站等綜合研究設(shè)施，開(kāi)展了數(shù)千項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
由此換來(lái)的，則是革命性科學(xué)發(fā)現(xiàn)的爆發(fā)式增長(zhǎng)。這些發(fā)現(xiàn)全面更新了人類對(duì)太陽(yáng)系、天體、宇宙和地球的認(rèn)知，也正深刻地改變著我們的宇宙觀和自然觀。
反觀中國(guó)，空間科學(xué)的成績(jī)似乎并不樂(lè)觀：航天事業(yè)發(fā)展不平衡、重應(yīng)用輕科學(xué)、空間科學(xué)研究嚴(yán)重依賴對(duì)他國(guó)公開(kāi)數(shù)據(jù)的二次分析……可以說(shuō)，中國(guó)航天是“跛著腳”跳進(jìn)了“黃金時(shí)代”。
此外，與美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)不同的是，我國(guó)航天事業(yè)從起步開(kāi)始，幾乎就是面向工程、面向應(yīng)用的，空間科學(xué)一直是我國(guó)航天事業(yè)的短板。
比如，2000~2014年的15年里，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）平均每年向空間科學(xué)投入60.8億美元，歐洲空間局（ESA）每年投入22.7億美元；而中國(guó)，據(jù)粗略估計(jì)，空間科學(xué)年均投入低于1億美元。不僅如此，國(guó)際總計(jì)5000多項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，中國(guó)僅占100項(xiàng)左右。
這樣的差距，也正是“航天大國(guó)”與“航天強(qiáng)國(guó)”的差距。
實(shí)際上，空間科學(xué)對(duì)航天技術(shù)具有牽引和帶動(dòng)作用。一項(xiàng)空間科學(xué)任務(wù)的實(shí)施，能夠催生一批新的航天技術(shù)。“每一項(xiàng)非重復(fù)性的空間科學(xué)任務(wù)，都會(huì)在特殊軌道設(shè)計(jì)、探測(cè)器姿態(tài)穩(wěn)定度、平臺(tái)與載荷一體化設(shè)計(jì)、遙科學(xué)等方面不斷對(duì)航天技術(shù)提出新的需求。”原空間中心主任、空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（一期）負(fù)責(zé)人吳季曾表示。
與此同時(shí)，空間科學(xué)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)也顯而易見(jiàn)。例如，空間地球科學(xué)、太陽(yáng)物理、空間天氣對(duì)人類社會(huì)發(fā)展、空間活動(dòng)、地面設(shè)施安全有重要價(jià)值，空間生命科學(xué)則為創(chuàng)新生物材料、藥物和醫(yī)療技術(shù)提供無(wú)限可能。
因此，在倡導(dǎo)“和平發(fā)展”的黃金時(shí)代，中國(guó)航天似乎已不是僅憑國(guó)防應(yīng)用的單一力量就可拉動(dòng)的。要想沖破技術(shù)的“天花板”，走向更遠(yuǎn)更深的宇宙，中國(guó)航天似乎需要走出一條“空間科學(xué)拉動(dòng)空間技術(shù)”的新路。
最大空間科學(xué)計(jì)劃
轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在2010年3月。春分過(guò)后，中科院迎來(lái)了一件大事：國(guó)務(wù)院審議通過(guò)“創(chuàng)新2020”規(guī)劃，明確要求通過(guò)組織實(shí)施戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，形成重大創(chuàng)新突破和集群優(yōu)勢(shì)。
2009年10月，中科院院機(jī)關(guān)組織當(dāng)時(shí)的空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心，開(kāi)始策劃和醞釀空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的實(shí)施方案。之后，一輪輪匯報(bào)，一次次審批，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)方案一路晉級(jí)。
2011年1月11日，首批戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)正式啟動(dòng)，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)應(yīng)運(yùn)而生，成為我國(guó)迄今為止最大規(guī)模的空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃。
2015年，空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心更名為“國(guó)家空間科學(xué)中心”，作為我國(guó)空間科學(xué)及其衛(wèi)星工程項(xiàng)目的總體性研究機(jī)構(gòu)，面向全國(guó)的空間科學(xué)創(chuàng)新平臺(tái)，負(fù)責(zé)組織開(kāi)展國(guó)家空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃研究，以及空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的組織與實(shí)施。
“十二五”期間，依托空間中心，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)共部署了以下幾個(gè)研究項(xiàng)目：
暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”，用于尋找暗物質(zhì)湮滅的證據(jù)，探索宇宙線起源；
“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，利用返回式衛(wèi)星技術(shù)，推動(dòng)空間微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)發(fā)展；
量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間量子保密通信試驗(yàn)；
硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”，研究黑洞的性質(zhì)及極端條件下的物理規(guī)律；
空間科學(xué)背景型號(hào)項(xiàng)目，根據(jù)戰(zhàn)略規(guī)劃和發(fā)展路線圖，遴選科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)行背景型號(hào)研究，為“十三五”科學(xué)衛(wèi)星的工程研制、發(fā)射和獲得科學(xué)成果做準(zhǔn)備；
空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目，通過(guò)部署項(xiàng)目集群的方式，對(duì)未來(lái)的空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃和必需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行先期研究。
“這是中國(guó)邁出的非常重要、非常偉大的一步。這一步對(duì)空間天文學(xué)的未來(lái)發(fā)展非常重要，難以想象如果沒(méi)有中國(guó)的參與，這個(gè)領(lǐng)域能否在未來(lái)發(fā)展得很好。” 諾獎(jiǎng)得主Brian P.Schmidt這樣評(píng)價(jià)空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的意義。
空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)實(shí)施七年來(lái)，部署的四顆衛(wèi)星“四發(fā)四捷”，在具有重大科學(xué)意義的熱點(diǎn)領(lǐng)域，包括暗物質(zhì)粒子空間探測(cè)、空間大尺度量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)、黑洞和天文觀測(cè)、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(dòng)了相關(guān)高技術(shù)的跨越式發(fā)展。背景型號(hào)和預(yù)先研究突破了主要關(guān)鍵技術(shù)，孵化培育了具有重大科學(xué)意義的新項(xiàng)目。
截至目前，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（一期）已經(jīng)圓滿收官，取得了一批具有國(guó)際影響力的重要成果，發(fā)揮了空間科學(xué)在國(guó)家發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用。
“悟空”：探秘宇宙暗物質(zhì)
2015年12月17日，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”成功發(fā)射升空，標(biāo)志著我國(guó)空間科學(xué)探測(cè)研究邁出重要一步。
作為空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的“首發(fā)星”，也是第一顆由中科院承擔(dān)全部研制、生產(chǎn)工作的衛(wèi)星，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的順利完成、發(fā)射和運(yùn)行，標(biāo)志著中科院舉起我國(guó)空間科學(xué)事業(yè)的大旗，在面向世界科技前沿、面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求方面譜寫(xiě)下新的篇章。
暗物質(zhì)和暗能量，被科學(xué)家們稱為“籠罩在21世紀(jì)物理學(xué)上的兩朵烏云”。目前，我國(guó)和世界各國(guó)已著手籌建或?qū)嵤┒鄠�(gè)暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其研究成果將可能帶來(lái)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的重大突破。
此次升空的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星身負(fù)三個(gè)主要科學(xué)目標(biāo)——通過(guò)在空間高分辨、寬波段觀測(cè)高能電子和伽瑪射線尋找和研究暗物質(zhì)粒子，在暗物質(zhì)研究這一前沿科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破；通過(guò)觀測(cè)TeV以上的高能電子及重核，在宇宙射線起源方面取得突破；通過(guò)觀測(cè)高能伽瑪射線，在伽瑪天文方面取得重要成果。
這顆由中科院承擔(dān)全部研制、生產(chǎn)工作的衛(wèi)星采用了載荷平臺(tái)一體化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效載荷質(zhì)量1410公斤，平臺(tái)質(zhì)量440公斤，載荷平臺(tái)比達(dá)3.2：1。根據(jù)載荷特點(diǎn)，衛(wèi)星借鑒哈勃望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)理念，于國(guó)內(nèi)首次采用以載荷為中心的設(shè)計(jì)方案，使暗物質(zhì)粒子探測(cè)器位于整星中心，電子學(xué)機(jī)箱及平臺(tái)各單機(jī)均布于探測(cè)器周圍的隔板上。
同時(shí)，暗物質(zhì)粒子探測(cè)器還具有先進(jìn)的科學(xué)探測(cè)指標(biāo)，觀測(cè)能段范圍為5GeV~10TeV，能量分辨率優(yōu)于1.5%，是世界上迄今為止觀測(cè)能段范圍最寬、空間和能量分辨率世界領(lǐng)先的高能粒子探測(cè)器，可以精確測(cè)量宇宙高能粒子（電子、伽瑪、宇宙射線核素等）的物理特征和空間分布。
2015年12月31日，習(xí)近平總書(shū)記發(fā)表2016年新年賀詞，在列舉2015年重大進(jìn)展時(shí)，特別提到“我國(guó)科學(xué)家研制的暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星發(fā)射升空”，并將其作為“只要堅(jiān)持，夢(mèng)想總是可以實(shí)現(xiàn)的”例證之一。
發(fā)射成功后，“悟空”在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億顆高能宇宙射線，其中包含約150萬(wàn)顆25GeV以上的電子宇宙射線�；谶@些數(shù)據(jù)，科研人員成功獲取了目前國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。
“悟空”的電子宇宙射線的能量測(cè)量范圍比國(guó)外的空間探測(cè)設(shè)備有顯著提高，拓展了觀察宇宙的窗口；測(cè)量到的TeV電子的“純凈”程度最高，能譜準(zhǔn)確性高；首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在~1TeV處的拐折，反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對(duì)于判定能量低于1TeV的部分電子宇宙射線是否來(lái)自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。此外，“悟空”的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。
目前“悟空”運(yùn)行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。
“實(shí)踐十號(hào)”：微重力實(shí)驗(yàn)“中國(guó)首星”
2016年4月6日，我國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星按照預(yù)定窗口時(shí)間，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。
“實(shí)踐十號(hào)”于2012年12月31日正式立項(xiàng)，是空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星。其中，空間中心負(fù)責(zé)工程大總體、地面支撐系統(tǒng)及有效載荷總體工作，衛(wèi)星系統(tǒng)及平臺(tái)由中國(guó)空間技術(shù)研究院抓總研制，科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由中科院力學(xué)研究所負(fù)責(zé)。
對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，宇宙空間是一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)室。地球上的物理現(xiàn)象都受到地球重力的制約，比如浮力、沉降等。但在極端物理?xiàng)l件下，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、物理化學(xué)過(guò)程、生命過(guò)程等都可能發(fā)生變化，這就意味著重大科學(xué)突破的可能。
“實(shí)踐十號(hào)”的主要科學(xué)目標(biāo)正是利用太空中微重力等特殊環(huán)境，開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以研究、揭示微重力條件和空間輻射條件下，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及生命活動(dòng)的規(guī)律。
此次“實(shí)踐十號(hào)”共搭載19個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這也是迄今為止單次空間微重力和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及種類最多的衛(wèi)星任務(wù)。這些項(xiàng)目是從200多項(xiàng)申請(qǐng)中脫穎而出的，按照創(chuàng)新性、可行性、必要性等科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格遴選、反復(fù)論證，涵蓋了微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、微重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)六大領(lǐng)域�？梢哉f(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均具有創(chuàng)新性和很強(qiáng)的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，有望獲取具有國(guó)際先進(jìn)水平的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。
比如，微重力下煤燃燒實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目針對(duì)能源、農(nóng)業(yè)和健康等國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，為解決地球上的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提供幫助；導(dǎo)線絕緣層著火實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目結(jié)合航天器防火等關(guān)鍵技術(shù)需求，為我國(guó)航天工程后續(xù)發(fā)展提供支撐；哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育、造血與神經(jīng)干細(xì)胞三維培養(yǎng)等項(xiàng)目瞄準(zhǔn)空間生命科學(xué)的前沿課題，對(duì)人類未來(lái)走向太空有重要意義。
此外，作為我國(guó)新一代返回式衛(wèi)星，“實(shí)踐十號(hào)”在衛(wèi)星技術(shù)方面也得到了較大改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了三大飛躍。
一是姿態(tài)控制采用小發(fā)動(dòng)機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng)的推力器，可以保證較好的衛(wèi)星微重力水平；二是以與國(guó)際接軌的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)替代原先的程序控制器，使得遙控指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)的安排以及改變飛行程序的數(shù)據(jù)注入都更加靈活；三是增設(shè)流體回路的熱控分系統(tǒng)，使衛(wèi)星回收艙內(nèi)部的熱能有效排到星外，以確保生物樣品的溫度環(huán)境。
2016年4月18日，在順利完成12天的太空飛行后，“實(shí)踐十號(hào)”回收艙準(zhǔn)確降落在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定著陸區(qū)域�；厥张撝憼顟B(tài)正常、外觀良好，搜索回收任務(wù)順利完成，進(jìn)一步驗(yàn)證了我國(guó)返回式衛(wèi)星控制回收技術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)在空間科學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域邁出堅(jiān)實(shí)步伐。
“墨子號(hào)”：領(lǐng)跑量子科學(xué)
2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空。隨著發(fā)射任務(wù)的圓滿成功，人類將首次完成衛(wèi)星和地面之間的量子通信，標(biāo)志著我國(guó)空間科學(xué)研究又邁出重要一步。
當(dāng)前，量子通信的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為各個(gè)大國(guó)爭(zhēng)相追逐的目標(biāo)。2011年，中科院正式啟動(dòng)全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的研制，這既意味著中國(guó)科學(xué)家率先向星地量子通信發(fā)起挑戰(zhàn)，更意味著中國(guó)或?qū)㈩I(lǐng)先歐美獲得量子通信覆蓋全球的能力。
此次科學(xué)家在“墨子號(hào)”上搭載了自主研發(fā)的“四種武器”：量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源和量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)。同時(shí)在地面建設(shè)了科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，包括1個(gè)中心——合肥量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心；4個(gè)站——南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站；1個(gè)平臺(tái)——阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
衛(wèi)星與地面站共同構(gòu)成天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在兩年的設(shè)計(jì)壽命期間，“墨子號(hào)”將進(jìn)行四大實(shí)驗(yàn)任務(wù)——星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、星地量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)以及地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。
由于天地量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)非常復(fù)雜，因此對(duì)天地實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求也異乎尋常的高。比如，量子衛(wèi)星飛行中攜帶的兩個(gè)激光器要分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)相距上千公里的地面站，向左向右同時(shí)傳輸量子密鑰，且衛(wèi)星上的光軸和地面望遠(yuǎn)鏡的光軸要始終精確對(duì)準(zhǔn)，就好比衛(wèi)星上的“針尖”對(duì)地面上的“麥芒”。
對(duì)此，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，考驗(yàn)超遠(yuǎn)距離“移動(dòng)瞄靶”能力，最終突破了星地光路對(duì)準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)平臺(tái)和載荷兩級(jí)控制的方式，使得對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)到普通衛(wèi)星的10倍。
2017年6月，“墨子號(hào)”在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上首次實(shí)現(xiàn)空間尺度嚴(yán)格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)，為未來(lái)開(kāi)展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，以及開(kāi)展外太空廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。
兩個(gè)月后，“墨子號(hào)”又一次在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，兩項(xiàng)成果同時(shí)在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。至此，“墨子號(hào)”提前圓滿實(shí)現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標(biāo)，為我國(guó)在未來(lái)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。
在為項(xiàng)目本身畫(huà)上圓滿句號(hào)的同時(shí)，“墨子號(hào)”也開(kāi)啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的大門(mén)，為我國(guó)在國(guó)際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)，成為了國(guó)際同行的標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。
“慧眼”：刷新人類認(rèn)知極限
2017年6月15日，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”成功發(fā)射。它的出現(xiàn)，填補(bǔ)了我國(guó)空間X射線探測(cè)衛(wèi)星的空白，將顯著提升我國(guó)大型科學(xué)衛(wèi)星研制水平，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在空間高能天體物理領(lǐng)域由地面觀測(cè)向天地聯(lián)合觀測(cè)的跨越。
“慧眼”于2011年3月正式立項(xiàng)實(shí)施，是空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)發(fā)射的第4顆衛(wèi)星。其中，中科院作為用戶部門(mén)，負(fù)責(zé)衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行，同時(shí)負(fù)責(zé)有效載荷研制�？臻g中心、遙感地球所和高能物理所分別負(fù)責(zé)地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)及衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收、處理、分發(fā)和科學(xué)應(yīng)用。
X射線是外太空的“常客”，脈沖星、伽馬射線暴、超新星遺跡、黑洞等都會(huì)發(fā)出X射線，包括硬X射線。但是，由于X射線穿越地球大氣層時(shí)會(huì)嚴(yán)重衰減，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星在空間軌道捕捉X射線，特別是硬X射線，就成為各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相追逐的目標(biāo)。
“慧眼”設(shè)計(jì)壽命4年，呈立方體構(gòu)型，總質(zhì)量約為2500千克，裝載高能、中能、低能X射線望遠(yuǎn)鏡和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)器等4個(gè)探測(cè)有效載荷，可觀測(cè)一定能量范圍的X射線和伽馬射線。衛(wèi)星采用直接解調(diào)成像方法，通過(guò)掃描觀測(cè)可以完成寬波段、高靈敏度、高分辨率的空間X射線成像，具有復(fù)雜的熱控保障、對(duì)地測(cè)控與數(shù)傳保障以及載荷長(zhǎng)期工作下的能源保障能力。
“慧眼”主要工作模式包括巡天觀測(cè)、定點(diǎn)觀測(cè)和小天區(qū)掃描模式。衛(wèi)星發(fā)射入軌后，將開(kāi)展4個(gè)方面的空間探測(cè)活動(dòng)。
一是對(duì)銀道面進(jìn)行巡天觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)新的高能變?cè)春鸵阎吣芴祗w的新活動(dòng)；二是通過(guò)觀測(cè)和分析黑洞、中子星等高能天體的光變和能譜性質(zhì)，加深對(duì)致密天體和黑洞強(qiáng)引力場(chǎng)中動(dòng)力學(xué)和高能輻射過(guò)程的認(rèn)識(shí)；三是在硬X射線/軟伽馬射線能區(qū)獲得伽馬射線暴及其它爆發(fā)現(xiàn)象的能譜和時(shí)變觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究宇宙深處大質(zhì)量恒星死亡以及中子星并合等導(dǎo)致的黑洞的形成過(guò)程；四是探索利用X射線脈沖星進(jìn)行航天器自主導(dǎo)航的技術(shù)和原理并開(kāi)展在軌實(shí)驗(yàn)。
2017年10月16日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)宣布，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和室女座引力波天文臺(tái)（Virgo）于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國(guó)際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)了該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體。而這其中，正有“慧眼”的功勞。
盡管沒(méi)有直接探測(cè)到該引力波事件的伽馬射線爆發(fā)，但鑒于“慧眼”觀測(cè)限制的重要性，“慧眼”不僅以合作組形式加入了報(bào)告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文，在論文的正文部分報(bào)告了觀測(cè)結(jié)果；而且，“慧眼”的詳細(xì)分析結(jié)果還以獨(dú)立論文的形式同步發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)》雜志英文版。
2017年11月，“慧眼”完成了在軌測(cè)試，現(xiàn)在衛(wèi)星已經(jīng)處于常規(guī)科學(xué)觀測(cè)模式，并開(kāi)始執(zhí)行用戶提出的觀測(cè)計(jì)劃。
背景型號(hào)與預(yù)先研究：鋪就可持續(xù)藍(lán)圖
作為我國(guó)迄今為止最大規(guī)模的科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)除了設(shè)置空間科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目外，還面向“十四五”及更長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來(lái)，設(shè)置了空間科學(xué)背景型號(hào)項(xiàng)目和空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目。二者成為整個(gè)空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)發(fā)展鏈條上的重要一環(huán)，直接關(guān)系到空間科學(xué)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。
此外，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期）還新增了任務(wù)概念研究，聚焦原創(chuàng)科學(xué)思想，面向全國(guó)廣泛征集，致力于為空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的發(fā)展提供源動(dòng)力；科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃與數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目則支持首席科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的核心科學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展任務(wù)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)深入研究。
空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目則是通過(guò)部署空間科學(xué)預(yù)先研究課題集群，對(duì)我國(guó)未來(lái)5~15年擬開(kāi)展的空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃和必需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行先期研究，全面推動(dòng)空間科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新概念研究、前瞻技術(shù)預(yù)研和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為我國(guó)空間科學(xué)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
隨著空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（一期）的圓滿收官，我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星發(fā)展也站在了新的歷史起點(diǎn)上。聚焦最具優(yōu)勢(shì)和最具重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)潛力的熱點(diǎn)領(lǐng)域，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期）將瞄準(zhǔn)宇宙和生命起源與演化、太陽(yáng)系與人類的關(guān)系兩大科學(xué)前沿，在時(shí)域天文學(xué)、太陽(yáng)磁場(chǎng)與爆發(fā)的關(guān)系、太陽(yáng)風(fēng)—磁層相互作用規(guī)律、引力波電磁對(duì)應(yīng)體等方向開(kāi)展衛(wèi)星研制。
在衛(wèi)星工程中，愛(ài)因斯坦探針（EP）將在軟X射線波段對(duì)宇宙天體開(kāi)展高靈敏度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)巡天監(jiān)測(cè)，有望在發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中沉寂黑洞的耀發(fā)、探尋來(lái)自引力波源的X射線信號(hào)、發(fā)現(xiàn)宇宙中X射線劇變天體等方面取得科學(xué)突破；先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)（ASO-S）是我國(guó)首顆空間太陽(yáng)專用觀測(cè)衛(wèi)星，將揭示太陽(yáng)磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射（“一磁兩暴”）的形成及相互關(guān)系；太陽(yáng)風(fēng)—磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）由中歐科學(xué)家聯(lián)合提出和研制，將對(duì)向陽(yáng)側(cè)磁層頂、極尖區(qū)和地球極光進(jìn)行全景成像，同時(shí)對(duì)地磁場(chǎng)和等離子體進(jìn)行原位測(cè)量，以提高人類對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)與地球磁場(chǎng)變化相互關(guān)系的認(rèn)知；引力波暴高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器（GECAM）是在引力波研究方向上提出的“機(jī)遇性”項(xiàng)目，衛(wèi)星與地面引力波探測(cè)器聯(lián)合觀測(cè)，可更加全面地發(fā)現(xiàn)引力波伽瑪暴及新的輻射現(xiàn)象。
在空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期）背景型號(hào)項(xiàng)目中，增強(qiáng)型X射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)（eXTP），以“一奇（黑洞）、二星（中子星、夸克星）、三極端（引力、磁場(chǎng)、密度）”為科學(xué)目標(biāo)，是由中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)、20多個(gè)國(guó)家參與的重大國(guó)際合作項(xiàng)目。此外，背景型號(hào)項(xiàng)目還將圍繞空間引力波探測(cè)、宇宙起源與演化規(guī)律、太陽(yáng)系的誕生和系外宜居行星探測(cè)等，開(kāi)展系列關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)驗(yàn)證。
空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期）將聚集國(guó)內(nèi)優(yōu)秀科學(xué)家和工程團(tuán)隊(duì)，持續(xù)探索浩翰宇宙未知的奧秘，通過(guò)自主創(chuàng)新和國(guó)際合作實(shí)現(xiàn)科學(xué)上的重大突破，帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展，為我國(guó)空間科學(xué)領(lǐng)域早日躋身世界先進(jìn)行列作出不可替代的歷史性貢獻(xiàn)�！�