中國科學(xué)院院士王赤

每一項(xiàng)空間科學(xué)任務(wù)都是非重復(fù)性的，不僅帶動火箭、測控通信、衛(wèi)星平臺、載人飛船等共性通用技術(shù)的進(jìn)步，而且要突破諸如極遠(yuǎn)極冷極弱空間探測急需的新興與前沿技術(shù)

空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)建立的科學(xué)衛(wèi)星系列為中國科學(xué)家開展建制化空間科學(xué)基礎(chǔ)研究提供了先進(jìn)平臺，使中國空間科學(xué)的發(fā)展第一次有了系統(tǒng)性的支持計(jì)劃

面向世界空間科學(xué)前沿，我國科學(xué)共同體創(chuàng)造性地將這些前沿問題進(jìn)一步聚焦為我國有望取得突破的極端宇宙、時空漣漪、日地全景、宜居行星、太空格物5大科學(xué)主題，并識別出了擬突破的系列重大科學(xué)問題

文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順

科幻電影《流浪地球2》憑借精彩的劇情和層出不窮的硬科技獲得口碑票房雙豐收，影片中的太空電梯、領(lǐng)航員空間站、月球發(fā)動機(jī)等高科技設(shè)備給觀眾帶來了強(qiáng)烈的視覺震撼。

流浪地球是在太陽氦閃背景下發(fā)生的故事，而要實(shí)現(xiàn)對太陽活動的觀測和認(rèn)知就需要空間科學(xué)支撐。

2022年10月9日，我國將先進(jìn)天基太陽天文臺“夸父一號”發(fā)射升空，繼“羲和”號之后開啟為期4年的逐日之旅�！翱涓敢惶枴笔侵袊�科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)繼“悟空”“墨子”“慧眼”“實(shí)踐十號”“太極一號”“懷柔一號”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，科學(xué)目標(biāo)旨在研究太陽磁場，以及太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射這兩類太陽上最劇烈的爆發(fā)活動的起源及三者之間可能存在的因果關(guān)系，是我國天基太陽探測衛(wèi)星跨越式突破。

“我國正在加快建設(shè)航天強(qiáng)國和科技強(qiáng)國，空間科學(xué)領(lǐng)域正在奮起直追，圍繞極端宇宙、時空漣漪、日地全景、宜居行星和太空格物等科學(xué)主題開展前沿探索，有望在這新一輪探索宇宙奧秘的世界競技舞臺上取得優(yōu)異成績，貢獻(xiàn)中國智慧、提供中國方案�！敝袊�科學(xué)院院士、國家空間科學(xué)中心主任王赤在接受《瞭望》新聞周刊專訪時表示。

實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)研究從0到1突破的主陣地之一

《瞭望》：當(dāng)前發(fā)展空間科學(xué)的必要性有哪些？

王赤：空間科學(xué)是依托航天器平臺研究宏觀和微觀世界的前沿交叉學(xué)科，自20世紀(jì)60年代以來在基礎(chǔ)科學(xué)前沿催生了諸多重大發(fā)現(xiàn)和原創(chuàng)成果。進(jìn)入21世紀(jì)，在新一輪科技革命孕育爆發(fā)之際，空間科學(xué)進(jìn)入跨越式突破新時刻。

空間科學(xué)的突出特點(diǎn)是依托航天器為主要工作平臺，到空間去研究關(guān)于地球、太陽系乃至整個宇宙的自然現(xiàn)象及其規(guī)律，突破天文學(xué)、地學(xué)、生命科學(xué)等母學(xué)科困于地面實(shí)驗(yàn)或理論模擬而難以破解的科學(xué)難題，是實(shí)現(xiàn)從0到1突破的主陣地之一。

首先，空間科學(xué)研究直面基礎(chǔ)研究最前沿、最重大的方向，挑戰(zhàn)最有重大科學(xué)意義的難題�？臻g科學(xué)研究成果不能規(guī)劃，但研究方向可以聚焦和瞄準(zhǔn)，一旦突破就可能是里程碑性質(zhì)的。

例如引力波已成為人類探索宇宙的新信使、觀測宇宙的新窗口。美國科學(xué)家因間接證實(shí)了引力波的存在獲得了1993年諾貝爾物理學(xué)獎。2016年，美國科研人員宣布激光干涉引力波天文臺（LIGO）在地面直接探測到了高頻引力波。1年后，LIGO團(tuán)隊(duì)核心成員獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。鑒于空間探測將引力波極大拓展至中低頻，甚至?xí)�以�?dāng)今不可預(yù)見的方式拓展我們對物理學(xué)和天文學(xué)的認(rèn)知，隨之而來的科學(xué)突破令人期待。我國的“太極計(jì)劃”和“天琴計(jì)劃”也瞄準(zhǔn)了這一新窗口孕育的重大科學(xué)機(jī)遇。

再者，空間科學(xué)助力科學(xué)家揭示自然奧秘，推動基礎(chǔ)前沿研究和綜合交叉探索，其每一步進(jìn)展都將拓展人類對宇宙演化、生命起源的認(rèn)知。

例如，人類是否是宇宙中唯一生命存在問題是重大科學(xué)前沿。美國火星探測計(jì)劃一直將尋找火星生命“指紋”作為首要科學(xué)目標(biāo)�！昂闷嫣枴钡顷懟鹦堑男侣勎涣�2012年多個榜單頭條，反映了人們對火星是否存在生命或曾經(jīng)存在生命的極大關(guān)注。同樣，我國“嫦娥”系列任務(wù)、“天問一號”任務(wù)等也多次入選年度重大科技進(jìn)展榜單，反映了我國航天領(lǐng)域高新技術(shù)研發(fā)和關(guān)鍵核心技術(shù)突破能力，這些成就能為空間科學(xué)領(lǐng)域理論突破和原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)提供重要平臺和關(guān)鍵手段。

此外，空間科學(xué)挑戰(zhàn)極限的需求有力推動了尖端技術(shù)突破。與應(yīng)用衛(wèi)星型譜化和批產(chǎn)特點(diǎn)形成鮮明對比的是，每一項(xiàng)空間科學(xué)任務(wù)都是非重復(fù)性的，都必須研發(fā)創(chuàng)新的有效載荷和原創(chuàng)的探測方案，不僅帶動火箭、測控通信、衛(wèi)星平臺、載人飛船等共性通用技術(shù)的進(jìn)步，而且將突破諸如極遠(yuǎn)極冷極弱空間探測急需的新興與前沿技術(shù)。

青年強(qiáng)則國家強(qiáng)。根植于空間科學(xué)探索的宏大航天愿景和偉大科學(xué)家精神，是激發(fā)青少年科學(xué)夢想的“播種機(jī)”，并且能夠通過科學(xué)普及提升公眾科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)文化自信。

中國空間科學(xué)10年跨越

《瞭望》：近年來中國空間科學(xué)取得了哪些進(jìn)展？

　王赤：空間科學(xué)任務(wù)投資大、挑戰(zhàn)性高、實(shí)施周期長，是體現(xiàn)國家意志的航天活動，是使命驅(qū)動的基礎(chǔ)研究。我國行星科學(xué)起步較晚但起點(diǎn)高，依托探月工程和行星探測工程建立的地外天體“繞落巡返”能力，迎來了加速發(fā)展，我國空間科技已成為科技強(qiáng)國進(jìn)展的重要標(biāo)志。

首先，空間科學(xué)衛(wèi)星系列建立并取得重要進(jìn)展。

2011年，中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批（下稱“專項(xiàng)一期”）啟動，目標(biāo)是通過自主和國際合作的科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)科學(xué)上的重大創(chuàng)新，帶動相關(guān)高技術(shù)跨越式發(fā)展。

專項(xiàng)一期在“十二五”期間開展了暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”、“實(shí)踐十號”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”以及硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”4顆科學(xué)衛(wèi)星的研制工作，正式建立起了中國第一個科學(xué)衛(wèi)星系列。

2016年8月，空間科學(xué)衛(wèi)星系列入選《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，空間科學(xué)的發(fā)展被提升到了一個前所未有的高度。為繼續(xù)推動中國空間科學(xué)發(fā)展，中科院實(shí)施了空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期），部署的科學(xué)衛(wèi)星工程包括“愛因斯坦探針”、“夸父一號”、中國科學(xué)院—?dú)W洲空間局聯(lián)合研制的太陽風(fēng)—磁層相互作用全景成像衛(wèi)星“微笑計(jì)劃”、引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器衛(wèi)星“懷柔一號”等4個新的空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)。目前，專項(xiàng)二期的科學(xué)衛(wèi)星研制進(jìn)展順利，已全部進(jìn)入工程研制或發(fā)射運(yùn)行階段。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)建立的科學(xué)衛(wèi)星系列為開展建制化空間科學(xué)基礎(chǔ)研究提供了先進(jìn)平臺，使中國空間科學(xué)的發(fā)展第一次有了系統(tǒng)性的支持計(jì)劃，助力中國空間科學(xué)家走近世界空間科學(xué)舞臺中央，提升了中國科技的國際影響力。

其次，載人航天與深空探測的空間科學(xué)應(yīng)用取得重要進(jìn)展。

中國載人航天工程按“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施，載人飛船階段（1992～2006）和空間實(shí)驗(yàn)室階段（2007～2017）完成了80余項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。2020年中國載人航天工程“第三步”開啟，全面邁入空間站時代�？臻g實(shí)驗(yàn)室取得了一批科學(xué)前沿成果和關(guān)鍵技術(shù)突破，例如國際首臺空間冷原子微波鐘完成原子激光冷卻和操控，取得迄今最高頻率穩(wěn)定度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2022年全面建成并運(yùn)營的中國空間站為開展大規(guī)模系統(tǒng)性有人參與的空間科學(xué)研究提供了歷史性機(jī)遇。與此同時，與空間站同軌飛行的2米口徑巡天空間望遠(yuǎn)鏡預(yù)計(jì)2024年發(fā)射，空間站應(yīng)用與發(fā)展階段還將部署高能宇宙輻射探測設(shè)施，有望使中國空間光學(xué)天文巡天、空間暗物質(zhì)搜尋和高能宇宙輻射探測達(dá)到國際先進(jìn)水平。

探月工程與“天問一號”任務(wù)成功實(shí)施，為中國行星科學(xué)研究快速追趕上國際先進(jìn)水平提供了重要平臺�！版隙鹞逄枴钡氖着�科學(xué)成果已為完善月球演化歷史提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。中國首次自主火星探測任務(wù)“天問一號”使中國成為第二個成功著陸火星的國家。

此外，2021年11月，國務(wù)院學(xué)位委員會批準(zhǔn)中國科學(xué)院大學(xué)自主設(shè)置行星科學(xué)一級交叉學(xué)科，對中國繼續(xù)實(shí)施行星探測工程和行星科學(xué)研究影響深遠(yuǎn)。

中國正在加快建設(shè)空間科學(xué)強(qiáng)國。《2021中國的航天》白皮書指出中國將實(shí)施探月工程四期，開展小行星探測、火星采樣返回等任務(wù)，力爭在2049年實(shí)現(xiàn)太陽系邊際探測。

中歐首次實(shí)現(xiàn)SMILE衛(wèi)星整星聯(lián)合裝配與星箭試驗(yàn)（2023年2月攝） 受訪者供圖

直面重大科學(xué)前沿開啟空間探索新征程

《瞭望》：聚焦科技自立自強(qiáng)，需要如何繼續(xù)開展好空間科學(xué)研究？

王赤：我國空間科學(xué)原創(chuàng)能力與航天強(qiáng)國相比仍有差距，亟待抓重點(diǎn)、補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)。一方面，應(yīng)該對我國空間科學(xué)在世界上的位置有客觀認(rèn)識，不能將中國航天的工程技術(shù)成就與空間科學(xué)突破相混淆；另一方面，在一些重大前沿上，如2017年人類首次直接探測雙中子星并合產(chǎn)生的引力波，我國科學(xué)家雖有貢獻(xiàn)，但尚未作出核心貢獻(xiàn)。我國空間科學(xué)在產(chǎn)出有重要影響力的科學(xué)成果方面仍有較大差距。

時不我待。中國科學(xué)家應(yīng)瞄準(zhǔn)重大原創(chuàng)突破加緊布局重大科學(xué)任務(wù)，面向世界空間科學(xué)前沿和建設(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國的國家重大戰(zhàn)略需求，圍繞“宇宙和生命是如何起源和演化的”“太陽系與人類的關(guān)系是怎樣的”兩大根本科學(xué)問題，堅(jiān)持重大科學(xué)問題牽引，堅(jiān)持重大原創(chuàng)成果導(dǎo)向，堅(jiān)持科學(xué)發(fā)現(xiàn)只有第一沒有第二，聚焦最優(yōu)先的科學(xué)前沿方向，直面最重大科學(xué)問題勇闖“無人區(qū)”，形成可實(shí)施的系列科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)。

《瞭望》：空間科學(xué)世界重大前沿在哪兒？未來我國如何發(fā)力？

王赤：為落實(shí)加快建設(shè)航天強(qiáng)國的要求，我們堅(jiān)持全國一盤棋，凝聚科學(xué)界的智慧，正在加緊制定我國首個國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上，我們梳理出了11個亟待全球空間科學(xué)界攜手率先突破和回答的重大科學(xué)前沿，可概括為“一黑”“兩暗”“三起源”和“五表征”。

“一黑”旨在探索以黑洞為典型代表的致密天體及其極端條件下的物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律。“兩暗”指迄今人們對其本質(zhì)知之甚少的暗物質(zhì)、暗能量�！叭�起源”聚焦宇宙起源、太陽系起源和生命起源�！拔灞碚鳌碧綄さ厍蛳到y(tǒng)、地月空間、太陽系和系外世界的特征和運(yùn)行規(guī)律，以及太空環(huán)境中的物質(zhì)運(yùn)動和生命活動規(guī)律。

面向這些世界空間科學(xué)前沿，我國科學(xué)共同體創(chuàng)造性地將這些前沿問題進(jìn)一步聚焦為我國有望取得突破的極端宇宙、時空漣漪、日地全景、宜居行星、太空格物5大科學(xué)主題，并識別出了系列重大科學(xué)問題。

其中，極端宇宙探索宇宙的起源與演化，揭示極端宇宙條件下的物理規(guī)律；時空漣漪探測中低頻引力波、原初引力波，揭示引力與時空本質(zhì)；日地全景探索地球、太陽和日球?qū)�，揭示日地�?fù)雜系統(tǒng)、太陽—太陽系整體聯(lián)系的物理過程與規(guī)律；宜居行星探索太陽系天體和系外行星的宜居性，開展地外生命探尋；太空格物揭示太空條件下的物質(zhì)運(yùn)動和生命活動規(guī)律，深化對量子力學(xué)與廣義相對論等基礎(chǔ)物理的認(rèn)知。

未來5～10年，我們將合理配置大中小型任務(wù)，既有多個任務(wù)聚焦同一重大前沿，也有一項(xiàng)任務(wù)貢獻(xiàn)多個前沿突破，中小型任務(wù)亦可為后續(xù)大型任務(wù)先導(dǎo)探路。我們將通過自主實(shí)施或國際合作，抓住未來20余年的發(fā)展機(jī)遇，保持戰(zhàn)略定力，一步一個腳印推動規(guī)劃目標(biāo)任務(wù)落實(shí)，空間科學(xué)必將實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，取得若干標(biāo)志性原創(chuàng)成果，突破國家重大需求的瓶頸科學(xué)問題，開辟以我為主航天國際合作新格局，成為科技強(qiáng)國建成的重要標(biāo)志，為人類文明發(fā)展作出歷史性貢獻(xiàn)�！�