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中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)實(shí)施11年回顧與展望

發(fā)布時(shí)間:2022-09-05 15:56:14  |  來源:中國(guó)網(wǎng)·中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)  |  作者:吳季、王赤、范全林  |  責(zé)任編輯:楊霄霄

中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 2022?年?8?月,中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(以下簡(jiǎn)稱“空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)”)部署的我國(guó)首顆綜合性太陽探測(cè)科學(xué)衛(wèi)星先進(jìn)天基太陽觀測(cè)臺(tái)(ASO-S)已完成正樣研制,具備發(fā)射條件,即將在金秋?10?月升空,瞄準(zhǔn)國(guó)際太陽物理領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的“一磁兩暴”前沿,對(duì)第?25?個(gè)太陽活動(dòng)周遂行科學(xué)觀測(cè)。與太陽活動(dòng)周?11?年“同步”,適逢空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)實(shí)施?11?年。回顧過去,展望未來,空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的實(shí)施為中國(guó)空間科學(xué)的發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ),將為航天強(qiáng)國(guó)、世界科技強(qiáng)國(guó)的建設(shè)再立新功。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)來之不易,需倍加珍惜。1998年,中國(guó)科學(xué)院實(shí)施知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)工作。2003?年,中國(guó)首個(gè)以科學(xué)目標(biāo)牽引立項(xiàng)的“雙星計(jì)劃”實(shí)施,但此后的近?10?年中國(guó)再?zèng)]有發(fā)射新的科學(xué)衛(wèi)星。2009?年,《中國(guó)至?2050?年空間科技發(fā)展路線圖》戰(zhàn)略研究完成,其中指出空間科技在國(guó)家發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用亟待發(fā)揮。2010年?3?月,國(guó)務(wù)院第?105?次常務(wù)會(huì)議決定?2011—2020?年中國(guó)科學(xué)院繼續(xù)深入實(shí)施知識(shí)創(chuàng)新工程,著力解決關(guān)系國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重大科技問題,中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)應(yīng)時(shí)順勢(shì)而立,形成重大創(chuàng)新突破和集群優(yōu)勢(shì)。

在此時(shí)代背景下,在科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部、原總裝備部、國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等部委,以及全國(guó)空間科學(xué)界、相關(guān)院所高校及工業(yè)部門的大力支持下,中國(guó)科學(xué)院組織了空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的咨詢?cè)u(píng)議和實(shí)施方案論證。2011?年?1?月?11?日,經(jīng)中國(guó)科學(xué)院黨組會(huì)審議并通過,空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批(以下簡(jiǎn)稱“專項(xiàng)一期”)啟動(dòng),正式立項(xiàng)實(shí)施。

空間科學(xué)是以航天器為主要平臺(tái)、使命驅(qū)動(dòng)的前沿交叉基礎(chǔ)研究,是增進(jìn)人類前沿科學(xué)認(rèn)知、實(shí)現(xiàn)“從?0?到?1?突破”的“國(guó)之重器”,同時(shí)它還具有重要且廣泛的溢出效應(yīng),可帶動(dòng)先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、牽引未來產(chǎn)業(yè)革命、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、支撐國(guó)家空間安全、引爆科學(xué)普及熱點(diǎn)。毋庸諱言,相對(duì)于空間技術(shù)和空間應(yīng)用,空間科學(xué)是我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)亟待補(bǔ)齊的“短板”。航天科技是科技進(jìn)步和創(chuàng)新的重要領(lǐng)域,空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)肩負(fù)著采擷航天“皇冠上的明珠”的使命,堅(jiān)持“科學(xué)發(fā)現(xiàn)只有世界第一”,勇攀世界空間科學(xué)最高峰。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的總體目標(biāo)就是通過自主和國(guó)際合作科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)科學(xué)上的重大創(chuàng)新突破,帶動(dòng)相關(guān)高技術(shù)的跨越式發(fā)展,從而發(fā)揮空間科學(xué)在國(guó)家發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用。空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)研究?jī)?nèi)容覆蓋了從提出原創(chuàng)科學(xué)思想至產(chǎn)出重大科學(xué)成果的全過程,可分為預(yù)研項(xiàng)目和衛(wèi)星工程兩類。前者包括空間科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃和發(fā)展政策、空間科學(xué)任務(wù)概念、空間科學(xué)任務(wù)預(yù)先研究、空間科學(xué)背景型號(hào)、空間科學(xué)任務(wù)規(guī)劃和數(shù)據(jù)分析等?5?種研究課題;后者指空間科學(xué)衛(wèi)星工程任務(wù)從方案設(shè)計(jì)、初樣研制、正樣研制、發(fā)射和運(yùn)行,直至延壽與退役等?5?個(gè)階段。 

高起點(diǎn):空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)(一期)取得原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)(2011—2017?年)

專項(xiàng)一期簡(jiǎn)介

科學(xué)衛(wèi)星工程是空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的重要內(nèi)容,在經(jīng)費(fèi)投入中占絕對(duì)份額;發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星不是目的,而是打造開展世界級(jí)科學(xué)研究必需的、變革性的物質(zhì)技術(shù)手段。

專項(xiàng)一期在“十二五”期間開展了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星(“悟空”,2015?年?12?月發(fā)射)、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(2016?年?4?月發(fā)射)、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(“墨子”號(hào),2016?年?8?月發(fā)射)及硬?X?射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星(“慧眼”號(hào),2017?年?6?月發(fā)射)4?顆科學(xué)衛(wèi)星工程任務(wù)的研制工作,建立起了我國(guó)第一個(gè)科學(xué)衛(wèi)星系列,是繼北斗、風(fēng)云、海洋等應(yīng)用衛(wèi)星系列后的中國(guó)航天“全新面孔”(表?1)。專項(xiàng)一期部署的第?5?個(gè)衛(wèi)星工程項(xiàng)目“夸父計(jì)劃”因?yàn)閲?guó)際合作伙伴退出而暫緩實(shí)施。此外,根據(jù)空間科學(xué)任務(wù)價(jià)值鏈的屬性,專項(xiàng)一期還前瞻部署了空間科學(xué)背景型號(hào)、空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目及專項(xiàng)總體項(xiàng)目。

2017?年?11?月,專項(xiàng)一期完成了全部研究?jī)?nèi)容,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的科學(xué)目標(biāo),圓滿收官。科學(xué)衛(wèi)星系列實(shí)現(xiàn)了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新突破,獲得了一批具有國(guó)際影響力的原創(chuàng)成果;預(yù)先研究和背景型號(hào)研究突破了主要關(guān)鍵技術(shù),孵化培育了一批未來新項(xiàng)目。專項(xiàng)一期初步體現(xiàn)了空間科學(xué)在國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展中的戰(zhàn)略作用。

取得重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)

專項(xiàng)一期建立的科學(xué)衛(wèi)星系列為我國(guó)科學(xué)家開展使命驅(qū)動(dòng)的建制化空間科學(xué)基礎(chǔ)研究提供了前所未有的先進(jìn)平臺(tái)。

在空間天文領(lǐng)域,“悟空”號(hào)獲得了迄今為止世界上最精確的宇宙射線電子、質(zhì)子和氦核能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。2020?年,“慧眼”號(hào)在國(guó)際上首次直接測(cè)量到宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng);2022?年?7?月再次刷新觀測(cè)記錄,首次觀測(cè)到黑洞雙星爆發(fā)過程全景,證認(rèn)了快速射電暴源于磁星。

在空間基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)方面,“墨子”號(hào)在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的星地量子糾纏分發(fā)、星地量子密鑰分發(fā)和星地量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn),完成引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn),構(gòu)建了天地一體化廣域量子密鑰通信網(wǎng)絡(luò),使我國(guó)第一次在空間科學(xué)研究領(lǐng)域走到了世界最前列,牢牢占據(jù)了空間量子科學(xué)研究領(lǐng)域的主導(dǎo)和引領(lǐng)地位。

2020?年,實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在世界上首次實(shí)現(xiàn)微重力條件下細(xì)胞胚胎至囊胚的發(fā)育;微重力環(huán)境下的顆粒流體實(shí)驗(yàn)獲取了顆粒分聚現(xiàn)象的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián),對(duì)需要混合或分離的工業(yè)過程具有借鑒意義。

上述重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)的成果已在?Nature、Science、Physical Review Letters?等國(guó)際著名期刊發(fā)表,或成為封面文章,或應(yīng)約撰寫長(zhǎng)篇綜述論文。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至?2021?年,專項(xiàng)一期已經(jīng)發(fā)表科學(xué)論文超過?1?500?篇,其中國(guó)際期刊超過?2/3;發(fā)表國(guó)際會(huì)議報(bào)告超過?650?篇;申請(qǐng)發(fā)明專利超過?200?項(xiàng),已有超過?50?項(xiàng)授權(quán);登記軟件著作權(quán)超過?70?項(xiàng)。

3.取得技術(shù)突破等多重成效

空間科學(xué)挑戰(zhàn)極限的需求有力推動(dòng)了尖端空間技術(shù)的突破。暗物質(zhì)衛(wèi)星首創(chuàng)國(guó)內(nèi)面向“衛(wèi)星平臺(tái)載荷一體化”設(shè)計(jì),載荷平臺(tái)比高達(dá)?73%,突破了航天以平臺(tái)為中心的設(shè)計(jì)慣例,開創(chuàng)了我國(guó)航天器研制的新思路。量子衛(wèi)星突破了星地光路對(duì)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)(“針尖對(duì)麥芒”),跟蹤精度達(dá)到?0.5?μrad,量子光指向偏差小于?1.5?μrad,對(duì)國(guó)家安全和廣域量子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了我國(guó)返回式衛(wèi)星技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,突破了大尺度冷板和回收艙高效熱控等技術(shù),為節(jié)能減排、培育植物新品種、保障糧食安全、提高人類健康水平提供了新的解決方案。“慧眼”號(hào)衛(wèi)星建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)國(guó)際水準(zhǔn)的?X?射線標(biāo)定束線(100?m),提高了脈沖星的觀測(cè)水平,為未來脈沖星導(dǎo)航奠定重要科學(xué)基礎(chǔ)。

專項(xiàng)一期?4?顆科學(xué)衛(wèi)星發(fā)射升空并成功遂行空間探測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn),填補(bǔ)了我國(guó)空間科學(xué)空白,產(chǎn)生了巨大的社會(huì)影響。近?10?年來,專項(xiàng)一期成果先后?7?次入選兩院院士評(píng)選的中國(guó)科技十大進(jìn)展新聞和科學(xué)技術(shù)部中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。2017?年,“墨子”號(hào)成為?Nature?年度十大科學(xué)新聞“空間量子通信”的最重要貢獻(xiàn)者。專項(xiàng)一期還發(fā)揮了重要的科學(xué)普及作用,科學(xué)衛(wèi)星征名引發(fā)全社會(huì)關(guān)注中國(guó)空間科學(xué),“悟空尋找宇宙暗物質(zhì)引大眾好奇”入選中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)?2015?年“十大科學(xué)傳播事件”,“墨子”號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星載荷及手稿資料入藏中國(guó)國(guó)家博物館?。

習(xí)近平總書記在?2016、2017、2018?年的新年賀詞中將“悟空”“墨子”和“慧眼”作為我國(guó)科技突破的代表性成果,并在“十九大”報(bào)告中將其作為創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)豐碩成果的典型代表。專項(xiàng)一期開啟了中國(guó)空間科學(xué)發(fā)展的新篇章,是我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的重要標(biāo)志,為后續(xù)發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。 

再發(fā)展:空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)(二期)持續(xù)重要產(chǎn)出(2018?年?5?月—2024?年?12?月)

2016?年?5?月?30?日,習(xí)近平總書記在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第九次全國(guó)代表大會(huì)上的講話指出:“空間技術(shù)深刻改變了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知,為人類社會(huì)進(jìn)步提供了重要?jiǎng)恿Γ瑫r(shí)浩瀚的空天還有許多未知的奧秘有待探索,必須推動(dòng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展。”2016?年?8?月,空間科學(xué)衛(wèi)星系列入選國(guó)務(wù)院《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》。空間科學(xué)的發(fā)展被提升到了一個(gè)前所未有的高度。為了切實(shí)落實(shí)習(xí)近平總書記的指示要求,以實(shí)際行動(dòng)繼續(xù)推動(dòng)中國(guó)空間科學(xué)發(fā)展,中國(guó)科學(xué)院決定實(shí)施空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)(二期)(以下簡(jiǎn)稱“專項(xiàng)二期”)。

專項(xiàng)二期簡(jiǎn)介

專項(xiàng)二期致力于空間天文、日球?qū)游锢淼阮I(lǐng)域前沿,將開展時(shí)域天文學(xué)與引力波電磁對(duì)應(yīng)體、黑洞、太陽磁場(chǎng)與爆發(fā)活動(dòng)之間的關(guān)系、引力波與時(shí)空本質(zhì)等方向的科學(xué)探測(cè),有望開拓現(xiàn)有科學(xué)認(rèn)知,取得重大發(fā)現(xiàn)與突破。

專項(xiàng)二期部署的科學(xué)衛(wèi)星工程包括愛因斯坦探針(EP)、先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)(ASO-S)、中國(guó)科學(xué)院-歐洲航天局(ESA)聯(lián)合太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星“微笑計(jì)劃”(SMILE)、引力波暴高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器衛(wèi)星“懷柔一號(hào)”(GECAM)等?4?個(gè)新的空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)。

除了延續(xù)專項(xiàng)一期預(yù)研類項(xiàng)目的部署,專項(xiàng)二期還首次設(shè)置了重大背景型號(hào),其中增強(qiáng)型?X?射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)(eXTP)是以我國(guó)為主牽頭發(fā)起、領(lǐng)銜實(shí)施的一項(xiàng)“國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃”,全球?20?多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的?100?多個(gè)單位參加,備受矚目;中高軌量子衛(wèi)星是在專項(xiàng)一期“墨子”號(hào)的基礎(chǔ)上,繼續(xù)堅(jiān)持科學(xué)目標(biāo)牽引、關(guān)鍵技術(shù)突破,將與“科技創(chuàng)新2030—重大項(xiàng)目”相銜接。圍繞空間引力波探測(cè),設(shè)置了“太極計(jì)劃”重大背景型號(hào),發(fā)射了微重力技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“太極一號(hào)”(Taiji-1)。

專項(xiàng)二期進(jìn)展

專項(xiàng)二期的科學(xué)衛(wèi)星研制進(jìn)展順利(圖?1),目前已全部進(jìn)入工程研制或發(fā)射運(yùn)行階段。

專項(xiàng)二期首發(fā)星?Taiji-1?是我國(guó)首顆空間引力波探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,2019?年?8?月?31?日發(fā)射升空,現(xiàn)已完成全部預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和拓展任務(wù),預(yù)計(jì)將于?2022?年底前后退役。Taiji-1?實(shí)現(xiàn)了我國(guó)迄今為止最高精度的空間激光干涉測(cè)量,成功進(jìn)行了我國(guó)首次在軌無拖曳控制技術(shù)試驗(yàn),在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了微牛級(jí)射頻離子和雙模霍爾電推進(jìn)技術(shù)的在軌驗(yàn)證,邁出了我國(guó)空間引力波探測(cè)第一步,為我國(guó)在空間引力波探測(cè)領(lǐng)域率先取得突破奠定了基礎(chǔ)。

GECAM?已于?2020?年?12?月發(fā)射升空,已探測(cè)到來自伽馬暴、磁星、X?射線雙星、太陽和地球的數(shù)百個(gè)高能爆發(fā)事件,通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)下傳發(fā)布觸發(fā)警報(bào),成功引導(dǎo)國(guó)際空間和地面望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)。GECAM?發(fā)現(xiàn)?1?例來自中子星雙星系統(tǒng)(編號(hào)為?4U 0614+09)的明亮的?X?射線熱核爆發(fā),探測(cè)到爆發(fā)震蕩頻率為?413 Hz,支持其來源于該天體系統(tǒng)的自轉(zhuǎn);發(fā)現(xiàn)磁星?SGR J1935+2154?的大量爆發(fā),創(chuàng)新了多衛(wèi)星聯(lián)合定位算法,突破了傳統(tǒng)定位方法的定位精度;經(jīng)過地面和在軌標(biāo)定,GECAM?的相對(duì)時(shí)間精度達(dá)到?0.1 μs,是伽馬射線監(jiān)測(cè)器的最高時(shí)間分辨率。

ASO-S即將于?2022?年?10?月發(fā)射,利用太陽活動(dòng)第?25?周峰年的契機(jī),研究“一磁兩暴”,即太陽磁場(chǎng)、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射(CME)的起源、彼此關(guān)聯(lián)和相互作用,揭示其科學(xué)機(jī)理,也為災(zāi)害性空間天氣預(yù)報(bào)提供支持。

預(yù)計(jì)于?2023?年發(fā)射的?EP,將在?X?射線波段對(duì)宇宙天體開展高靈敏度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)巡天監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)宇宙中的?X?射線劇變天體,監(jiān)測(cè)已知天體的活動(dòng)性,探究相關(guān)現(xiàn)象的性質(zhì)及物理機(jī)制;發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中沉寂黑洞的耀發(fā),測(cè)繪黑洞的分布,進(jìn)一步理解其起源、演化及物質(zhì)吸積過程;探尋來自引力波源的?X?射線信號(hào),增進(jìn)對(duì)極端致密天體及其合并過程的認(rèn)知。

SMILE?是繼“雙星計(jì)劃”后又一中歐大型空間科學(xué)國(guó)際合作項(xiàng)目,中歐雙方首次在任務(wù)的整個(gè)生命周期內(nèi),共同策劃、征集、遴選,并開展方案設(shè)計(jì)、工程研制及數(shù)據(jù)分析與科學(xué)研究。SMILE?預(yù)計(jì)于?2025?年發(fā)射,利用創(chuàng)新的?X?射線和紫外成像有效載荷,首次對(duì)太陽風(fēng)和磁層之間的相互作用進(jìn)行全景成像(圖?2)。它的科學(xué)目標(biāo)是:探測(cè)太陽風(fēng)-磁層相互作用的大尺度結(jié)構(gòu)和基本模式;認(rèn)知地球磁層亞暴的整體變化過程和周期變化;探索?CME?事件驅(qū)動(dòng)的磁暴的發(fā)生和發(fā)展。

隨著專項(xiàng)二期的接續(xù)實(shí)施,我國(guó)專用科學(xué)衛(wèi)星數(shù)量有望首次突破?10?顆,將占據(jù)我國(guó)已發(fā)射?760?顆航天器的?1.3%(截至?2022?年?4?月),可謂中國(guó)航天“空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用”全面發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn),未來任重道遠(yuǎn)。

鑒于專項(xiàng)一期的豐碩成果和廣泛影響,國(guó)內(nèi)外各界對(duì)我國(guó)空間科學(xué)給予了更大的期望,社會(huì)關(guān)注度也更高。專項(xiàng)二期必須聚焦國(guó)際空間科學(xué)前沿重大問題,瞄準(zhǔn)原創(chuàng)性或顛覆性的重大成果,確保工程研制質(zhì)量和基礎(chǔ)研究水平,繼續(xù)砥礪前行。

 

大突破:空間科學(xué)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃孕育重大成果(預(yù)計(jì)?2025?年?1?月—2030?年?12?月)

專項(xiàng)一期實(shí)現(xiàn)了我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列“從?0?到1”的突破,已取得了多項(xiàng)重大原創(chuàng)成果;專項(xiàng)二期正在順利實(shí)施,我國(guó)空間科學(xué)日益走近世界舞臺(tái)的中央,迎來了加速發(fā)展的最好歷史時(shí)機(jī)。空間科學(xué)未來發(fā)展亟須頂層規(guī)劃、提前布局,后續(xù)發(fā)展規(guī)劃部署迫在眉睫。

科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目后續(xù)發(fā)展規(guī)劃

2021?年?2?月,習(xí)近平總書記在會(huì)見探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)參研參試人員代表時(shí)提出:“要繼續(xù)發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì),加大自主創(chuàng)新工作力度,統(tǒng)籌謀劃,再接再厲,推動(dòng)中國(guó)航天空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展,積極開展國(guó)際合作,為增進(jìn)人類福祉作出新的更大貢獻(xiàn)”。

作為我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展的主力軍,中國(guó)科學(xué)院責(zé)無旁貸,于?2021?年?7?月及時(shí)啟動(dòng)了面向“十五五”及以遠(yuǎn)的空間科學(xué)任務(wù)“新地平線計(jì)劃”,征集工作將圍繞極端宇宙、時(shí)空漣漪、日地全景、宜居行星四大科學(xué)主題開展前沿探索和研究,以期實(shí)現(xiàn)更多原創(chuàng)科學(xué)成果的重大突破,為落實(shí)習(xí)近平總書記重要指示,加速我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展再立新功。

秉持著“科學(xué)目標(biāo)優(yōu)先、學(xué)科均衡發(fā)展、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行”的原則,為遴選產(chǎn)出諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)成果的科學(xué)衛(wèi)星任務(wù),后續(xù)發(fā)展規(guī)劃的科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目綜合論證前后持續(xù)近?1?年的時(shí)間,邀請(qǐng)了國(guó)家空間科學(xué)專家委員會(huì),以及業(yè)內(nèi)各領(lǐng)域的近百位院士和頂級(jí)專家參加咨詢和評(píng)議,全程?3?類?6?輪任務(wù)論證工作覆蓋了科學(xué)意義重大性評(píng)審、科學(xué)目標(biāo)國(guó)際評(píng)估;任務(wù)方案論證、工程技術(shù)論證;經(jīng)濟(jì)可行性論證;以及綜合評(píng)審等,得到了學(xué)界的廣泛參與,形成了重要共識(shí)。很多優(yōu)秀的項(xiàng)目開始“浮出水面”,分屬空間天文、系外行星、日球?qū)游锢怼⑿行强茖W(xué)與空間地球科學(xué)等領(lǐng)域。

(1)空間天文。致力于解決“中子星和黑洞的自旋和質(zhì)量分布如何告訴我們這些天體的形成和演化”“如何揭示宇宙的起源和演化、暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)”等科學(xué)問題。此外,為了率先實(shí)現(xiàn)人類首次空間引力波探測(cè),中國(guó)科學(xué)院正在加緊部署太極二號(hào)的論證工作,力爭(zhēng)探測(cè)到致密星系、種子黑洞和超大質(zhì)量黑洞并合等產(chǎn)生的中低頻段(mHz)引力波,探討時(shí)空和引力本質(zhì)、宇宙起源和統(tǒng)一場(chǎng)論。

(2)系外行星。擬圍繞“太陽系周圍是否存在系外宜居帶行星,地球是否是宇宙中唯一有智慧生命的星球、如何發(fā)現(xiàn)地球?2.0”等科學(xué)問題開展研究。

(3)日球?qū)游锢怼⒅铝τ诨卮稹坝绊懶行且司有缘奶柣顒?dòng)水平長(zhǎng)周期演化規(guī)律和機(jī)制是什么”“太陽磁活動(dòng)周和高速太陽風(fēng)起源”“太陽爆發(fā)引起的空間天氣事件”等前沿科學(xué)問題。

(4)行星科學(xué)與空間地球科學(xué)。將解決“行星的起源和演化、生命宜居環(huán)境與地外生命信息探索”“全球海表全流場(chǎng)分布、演變的動(dòng)力學(xué)和能量學(xué),如何將海表動(dòng)力、熱力場(chǎng)信息拓展到海洋內(nèi)部”等重大科學(xué)問題。

后續(xù)發(fā)展規(guī)劃設(shè)想

應(yīng)該說,空間科學(xué)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃論證過程中浮現(xiàn)出的優(yōu)秀候選項(xiàng)目都是全國(guó)空間科學(xué)界智慧的結(jié)晶,如果它們有機(jī)會(huì)工程實(shí)施必將為我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)探索浩瀚宇宙的夢(mèng)想提供舞臺(tái)(表?2)。加速我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展,應(yīng)深刻理解空間科學(xué)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的歷史方位和時(shí)代特征,把握新發(fā)展階段,貫徹新發(fā)展理念,構(gòu)建新發(fā)展格局,積極推動(dòng)在國(guó)家財(cái)政設(shè)立空間科學(xué)衛(wèi)星專門渠道,尊重航天研制客觀規(guī)律,以10年為周期實(shí)施空間科學(xué)行動(dòng)計(jì)劃,厚積薄發(fā),持續(xù)不斷地產(chǎn)出高質(zhì)量原創(chuàng)科學(xué)成果。

作為“國(guó)家隊(duì)、國(guó)家人”,肩負(fù)“國(guó)家責(zé)、國(guó)家事”,現(xiàn)階段,中國(guó)科學(xué)院將繼續(xù)高舉中國(guó)國(guó)家空間科學(xué)發(fā)展大旗,堅(jiān)持重大科學(xué)目標(biāo)牽引。加快推動(dòng)空間科學(xué)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃的科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目的立項(xiàng)實(shí)施,圍繞宇宙黑暗時(shí)代和黎明、引力波空間探測(cè)、太陽爆發(fā)機(jī)制立體探測(cè)、系內(nèi)系外宜居行星等重大科學(xué)前沿,在專項(xiàng)一期和二期的基礎(chǔ)上,瞄準(zhǔn)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)重大科學(xué)突破,爭(zhēng)取在“十五五”期間通過實(shí)施?5—7?項(xiàng)大中小型空間科學(xué)任務(wù),率先取得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與突破。同期,部署實(shí)施空間科學(xué)任務(wù)概念研究、預(yù)先研究、背景型號(hào)、任務(wù)規(guī)劃與數(shù)據(jù)分析、科學(xué)衛(wèi)星地面支撐等項(xiàng)目。

站在“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)的歷史交匯點(diǎn)上,科學(xué)技術(shù)從來沒有像今天這樣深刻影響著國(guó)家前途命運(yùn),從來沒有像今天這樣深刻影響著人民生活福祉。空間科學(xué)對(duì)落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的重要作用日益凸顯。空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)已走過了?11?年歷程,使我國(guó)的空間科學(xué)發(fā)展第一次有了系統(tǒng)性的支持計(jì)劃,使我國(guó)空間科學(xué)開始日益走近世界舞臺(tái)的中央。我們相信,有黨中央、國(guó)務(wù)院正確決策、堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo),中國(guó)科學(xué)院將“堅(jiān)持空間科學(xué)全國(guó)一盤棋”,牽引帶動(dòng)科學(xué)衛(wèi)星平臺(tái)和先進(jìn)有效載荷技術(shù)的跨越,實(shí)現(xiàn)我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展,為加快建成航天強(qiáng)國(guó)作出不可或缺的歷史性貢獻(xiàn)。 

致謝感謝中國(guó)科學(xué)院重大科技任務(wù)局局長(zhǎng)丁赤飚院士對(duì)本文的指導(dǎo);感謝中國(guó)科學(xué)院學(xué)部重點(diǎn)項(xiàng)目“建設(shè)空間科學(xué)強(qiáng)國(guó)的主要途徑和政策建議”的支持。

(作者:吳季、王赤、范全林,中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心;《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿)

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