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要想打造韋伯望遠鏡級的項目，中國空間科學該如何發(fā)展？

2022/08/11
導讀
中國空間科學的發(fā)展依然面臨諸多挑戰(zhàn)
    8.11
知識分子The Intellectual

測試中的詹姆斯·韋伯望遠鏡 | 圖源：NASA/Chris Gunn


 編者按

中國政府于2001年首次發(fā)布《中國的航天》白皮書，指出航天事業(yè)包括空間科學、空間應用和空間技術三個方面[1]，空間科學作為一個正式領域被認可。在20多年后的今天，中國空間科學的發(fā)展依然面臨諸多挑戰(zhàn)，如缺乏長期規(guī)劃和穩(wěn)定的資金支持、缺乏統一的空間科學管理組織、空間科學界內部分歧導致難以選擇原始項目、國際合作有限等。中國要打造韋伯望遠鏡級別的空間科學項目，還有很長的路要走。


撰文 | 張志會（中科院自然科學史所副研究員）責編 | 邸利會

 ●                  　●                   　●

空間科學是以空間飛行器為主要平臺，研究發(fā)生在地球、日地空間、太陽系乃至整個宇宙的物理、化學及生命等自然現象及其規(guī)律的科學。[2]

自新中國成立以來，空間科學一直處于我國航天計劃的范圍內，但相對于技術和國家安全目標而言，顯然只是排在了次要的位置。

今天，中國航空航天的部門龐大且不斷發(fā)展，然而相比于航天強國的國際地位，空間科學仍需要繼續(xù)增強。筆者認為，在此有必要厘清影響中國空間科學發(fā)展的幾個關鍵要素。

1

政出多門？

中國的空間科學任務通常有多個機構贊助，這點與國際不同。

拿美國來說，美國國家航空航天局（以下簡稱NASA）負責月球和火星探索在內的深空探索的各個方面，中國則將這些項目分在了載人航天飛行辦公室與中科院。中科院空間應用工程與技術中心有一個單獨的管理辦公室，負責所有載人航天任務的科學活動。

此外，中國衛(wèi)星的交付、發(fā)射和使用由國家國防科技工業(yè)局負責。因為沒有一個像美國NASA、歐洲航天局（以下簡稱ESA）或日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）一樣的機構，中國各空間科學相關機構之間的行政協調往往是一個問題。[3]

筆者認為，應該建立一個類似NASA或ESA的獨立機構，直接負責中國的空間科學發(fā)展。

這樣一個組織將根據科學研究產出最大化的原則，選擇和管理空間任務 [4]，進而監(jiān)督、評估和審查任務計劃，其管理項目貫穿概念介紹、研發(fā)和發(fā)射的整個過程。此外，它還應協調運營，包括工業(yè)研發(fā)、發(fā)射、在軌運營和科學研究的所有方面。

這樣一個機構還應擁有必要的資源和權限，以引導科學家成功實施他們的項目。它還應著眼于可持續(xù)發(fā)展，建設專業(yè)的人才團隊，以最大限度地發(fā)揮空間科學專業(yè)的重要性。

盡管很多中國學者都曾提出了這樣的建議，但由于我國現有的眾多航空航天的管理系統與機構及長久形成的彼此間復雜的關系，目前來看尚不容易實現。

2

缺乏政策優(yōu)先

與人類基因組、神經科學和地質學等高科技項目和基礎科學領域相比，空間科學在中國科技體系中尚缺乏應有的優(yōu)先地位。

大約2005年之前，ESA、俄羅斯航天國家集團（Roscosmos State Corporation）、NASA和JAXA都有國家層面制定或經統一協調的空間科學規(guī)劃和穩(wěn)定的資金。而中國直到2016年才有一個統一的空間科學計劃。

圖1《2016-2030空間科學規(guī)劃研究報告》中英文版 | 圖源：nssc.cas.cn

2016年3月17日，中科院國家空間科學中心牽頭完成了《2016～2030年空間科學規(guī)劃研究報告》[5]，提出了此期間中國空間科學發(fā)展戰(zhàn)略目標及路線圖，詳細列出了23個空間科學計劃，預期2030年完成近20顆科學衛(wèi)星的發(fā)射。


中國長期缺乏統一的空間科學計劃的關鍵原因之一是相當依賴或受限于五年為周期的國家規(guī)劃。

此種規(guī)劃結構意味著提供的是相對短期的資金，試點項目通常也只獲得五年的支持。然而，高級別項目，特別是涉及國際合作的項目通常需要更長的時間。ESA前副局長羅杰·莫里斯·博內（Roger Maurice Bonnet）曾指出，中國的管理方式迫使人們關注中小項目。[6]

3

亟需穩(wěn)定資金支持

幾十年來，空間科學并不被認為值得獲得長期穩(wěn)定的資金支持。相反，空間科學是作為空間技術項目的補充進行管理的，被看作是面向任務的研究。

此種基于項目的資助模式導致了不均衡的支持和不連續(xù)的發(fā)展。例如，雖然硬X射線衛(wèi)星HXMT任務出現在2007年中國的 “十一五” 空間科學發(fā)展規(guī)劃中，但由于幾個相關部門之間的資金分歧，多年來沒有獲得資金支持。

此前，中國的空間科學預算不包括地面科學中心、運營和發(fā)射后科學研究的成本。此外，科研資助渠道分散，研究內容和支持基礎仍缺乏前瞻性和長期的準備。目前這種情況正在改變，但仍不確定。

圖2 天宮空間站于2022年7月底的構型模擬圖，其中天和核心艙居中，左側為問天實驗艙，右側為天舟貨運飛船，下方為神舟十四號載人飛船 | 圖源：shujianyang


中國也許可能借鑒國際上的管理經驗，考慮更穩(wěn)定的長期預算計劃。許多國家的科學組織迫切要求采取此類行動，但中國的空間科學，在資金和連續(xù)性方面的問題仍較突出。

美國NASA 2022財年預算總額248.01億美元，空間科學在其中所占預算為79.31億美元，占NASA 2022年總投入的32%。中國對空間科學的經費投入，大致僅相當于ESA的1/5，美國NASA的1/50，在中國航天預算中所占比重不到10%。[7]

事實上，整個 “十二五” 規(guī)劃期間，中國對空間科學衛(wèi)星的投資是美國一年投資的十分之一。[8] 在總共5000多項國際空間科學實驗中，中國進行了只有大約100項。

鑒于這一現實，ESA前副局長羅杰·莫里斯·博內曾建議，中國應制定一項為期10年或更長時間（而非5年）的長期空間科學計劃，并定期評估和更新該計劃。

4

原創(chuàng)科學理念的遭遇

空間科學的最終目標是探索未知，產生知識，加深對太空的理解。創(chuàng)新性的科學思想是空間科學發(fā)展的基礎。

從1958年到2000年期間，曾接受國際培訓的中國科學家提出了一些有趣的空間科學項目，但沒有實現。如果中國人的原創(chuàng)想法與國外研究人員從事的科研活動相差太大，那么往往會不被國內所重視。有些中國科學家似乎對自己同行的工作缺乏信心。例如，中國科學院的李惕碚是1993年首次提出HXMT太空望遠鏡項目的關鍵人物之一，他曾敦促我國迅速行動，先于其他國家發(fā)射。不幸的是，李的工作被認為 “不同于歐洲和美國傳統的工作方法”，項目因此一度長期停滯不前。[9] HXMT直到2011年才獲得批準，到了2017年才正式啟動。

同樣，2000年后，當中國科學家準備建造太陽望遠鏡時，無法獲得官方批準。目前，中國仍然沒有用于純科學研究的太空天文臺。

筆者認為，中國需要鼓勵更多的 “自下而上” 的項目開發(fā)方法，并以廣泛、開放的方式征求科學家對空間科學項目的想法。畢竟，科學家最了解科學界的緊迫問題。

5

有限的國際合作

制約中國空間科學發(fā)展的另一個因素是難以開展廣泛而深入的國際合作。

改革開放后，中國科技界恢復了國際交流。20世紀80年代，ESA會員國每年通過聯合國向發(fā)展中國家提供研究資金，用于資助來自發(fā)展中國家的科學家赴ESA相關機構，接受氣象學、遙感學和電子信息工程等學科的在職培訓，從而幫助中國培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的空間科學人才。[10]

2002年10月，劉振興任首席科學家的 “雙星計劃”（Double Star mission）立項，中國國家航天局與ESA正式合作。該項目是首個由中國科學家提出并牽頭的以科學目標牽引的衛(wèi)星計劃，也是中國在航天領域的第一次重大國際合作項目 [11]。

圖3 2001年7月9日，中國航天局局長欒恩杰和ESA局長A.Rodata正式簽署了地球空間雙星探測計劃的合作協議 | 圖源：web.archive.org


可以肯定的是，特別是在2000年之后，中國在氣球領域以及與ESA之間出現了一些有效的合作。然而，一方面，西方發(fā)達國家長期以來對中國進行限制；另一方面，中國國內也一直強調科技自立自強。寫作《中國航天——偉大的跨越式發(fā)展》一書的愛爾蘭太空作家 Brian Harvey 評論，“他們意識到，盡管美國的封鎖程度不同，但他們幾乎完全依靠自己的力量開發(fā)了自己的項目”。[13] 因此，中國科學家已經將國際合作視為增強中國國際影響力的一種方式，而不僅僅是從外國學習技術、科學或先進管理理念和方法的手段。

但這種合作觀也限制了中國作為空間科學中心的知名度。比如，近幾十年來，我國的空間科學探索活動產生了大量的數據，但通過與國際科技界的合作，將數據轉化為新的科學知識則較少。

20世紀80年代中期至90年代末，中美航天商業(yè)發(fā)射合作曾出現一個短暫的 “蜜月期”。出于對合作可能導致的技術轉移的防備，1999年，《考克斯報告》聲稱，在20世紀90年代，中國在以長征火箭發(fā)射美國衛(wèi)星中，非法獲取了利益 [14]，此后航天商業(yè)發(fā)射合作戛然而止。

因擔心空間站相關的太空技術可能用于軍事技術，對于中國提出的加入國際空間站的請求，美國曾采取措施多次阻撓，還于2011年頒布了著名的沃爾夫條款，以法律的名義禁止中國參與。2011年，美國國會禁止NASA與中國合作。

NASA和中國國家航天局的代表仍然定期互訪，但由于缺乏官方合作，許多項目不可避免地走向失敗。

2013年，NASA以國家安全為由，禁止中國籍科研人員赴美參加學術研討會，許多NASA科學家公開批評該做法，并反對科學技術的政治化。與此同時，中國和歐洲機構，如ESA正探索更緊密的聯系。

筆者認為，如果放松一些政策將更能鼓勵國際合作與協作。中國科學界對空間科學取得重大突破寄予厚望，政府也呼吁在大型國際科學項目中發(fā)揮帶頭作用。要實現這一目標，需要開發(fā)先進的、探索性的和概念性的項目，來吸引國際同行。同時，中國也需要積極參與其他國家或ESA等組織發(fā)起的大型科學項目，以積累組織管理經驗。

在過去的十年里，中國的空間科學發(fā)展取得了長足的進步。不過，目前來說，中國高級別的空間科學任務的數量仍然較少。這表明，未來在空間科學領域仍有許多工作要做。如果開展與空間科學相關的政策和組織調整，將更利于中國在空間科學方面取得領先地位。中國要打造韋伯望遠鏡級別的空間科學項目，還有很長的路要走。

 注釋：（上下滑動可瀏覽）

中華人民共和國國務院新聞辦公室. 2001?年中國的航天. 北京：人民出版社，2001.

[1]顧逸東. 空間科學—探索與發(fā)現之源. 物理，2014，43（9）：570.

[2]Aliberti Marco, When China Goes to the Moon..., Springer, Cham, 2015

[3]J. Wu, R. Bonnet, Maximize the impacts of space science, Nature 551 (2017)

435e436, https://doi.org/10.1038/d41586-017-05995-6.

[4]吳季. 2016—2030 年空間科學規(guī)劃研究報告. 北京：科學出版社，2016.

[5]Editorial department, The status of China's space science in world space research– exclusive interview with Roger Maurice bonnet, former deputy director of ESA. (Zhong Guo Kong Jian Ke Xue Zai Shi Jie Kong Jian Yan Jiu

Zhong De Di Wei), Bull. Chin. Acad. Sci. 30 (6) (2015) 751e759.

[6]崔玉賢.中國科學院院士王赤：中國空間科學投入僅NASA的五十分之一，目標是2049年接近. (網易科技《逐夢星空》欄目組出品).(2021-11-30)[2022-8-9].https://www.163.com/tech/article/GQ1SIBC200099BBC.html

[7]National Aeronautics and Space Administration, FY 2018 Budget Estimates, 15 August 2017. See: https://www.nasa.gov/sites/defau. (Accessed 2 May 2021).

[8]National Center for space science, Chinese Academy of Sciences, HXMT "wisdom" - on X-Ray Astronomy (Hui Yan Zhi “Hui”dQian Tan X She Xian Tian Wen), 16 June 2017. https://www.sohu.com/a/149458504_610722.

(Accessed 9 May 2021).

[9]Bergquist K，Hood V. ESA around the world-relations with developing countries and emerging space powers. https://www.esa.int/esapub/bulletin/bullet91/b91berg.htm[2019-11-11].

[10]唐琳. 雙星計劃：科學目標牽引衛(wèi)星工程. 科學新聞，2018，（9）：28-31.

[11] Andrew S. Erickson, China's space development history: a comparison of the rocket and satellite sectors, Acta Astronaut. 103 (2014) 142e167.

[12]Brian Harvey, China in Space, The Great Leap Forward Chichester, 2019, 2013，p372.

[13]Zhihui Zhang, Seely Bruce, A Historical review of China-U.S. cooperation in space: launching commercial satellites and technology transfer, 1978-2019, Space Pol. 50 (2019), https://doi.org/10.1016/j.spacepol.2019.08.003.

(Accessed 20 December 2020).

制版編輯 | 姜絲鴨


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