红色的历程 中国的空间科学

1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星。人类自此进入空间时代，也因此诞生了一门关乎人类生存发展、刷新人类宇宙认知的科学——空间科学。

所谓空间，是指除了陆地、海洋、大气之外的第四环境。空间科学作为20世纪初第3次科学革命后兴起的重大科学领域，通过航天器平台直接面对和深入广袤宇宙，居高临下研究人类家园行星地球，开辟了全新的窗口，提供了崭新的手段和强大的能力。从此，人类能够借助空间飞行器探索和研究宇宙空间，研究发生在日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学以及生命现象和规律，探寻宇宙与生命的起源演化、太阳系行星的发展演化、太阳活动的基本规律、地球的发展演化，为人类数千年来始终好奇、探求的古老问题，寻找真正的答案。

人类不会永远待在摇篮里

“地球是人类的摇篮，但人类不会永远待在摇篮里。”爱因斯坦曾经预言，自然科学将逐渐向宏观和微观两个前沿转移。空间科学虽然是一门相对年轻的学科，但它研究的对象既瞄准宏观的太空和宇宙，又瞄准微观的粒子和生命起源。因此可以说，空间科学是产生重大科学突破的前沿科学。

半个多世纪以来，人类实现了载人登月，建造了大型空间站，发射了遍及地球高、中、低轨道的6000多颗应用卫星和科学卫星。空间探索活动对人类的生产、生活乃至思维方式都产生了革命性的影响。

空间科学是典型的以技术实现为依托的实践科学，几乎每一项空间科学计划都是一项航天工程任务，需要运载火箭、发射场、卫星、地面测控和运行等方面的支持。

同时，空间科学计划又不同于常规的应用卫星任务，它的每一项科学任务几乎都会使用最先进的探测仪器，这对航天技术提出的挑战比常规批量生产的应用卫星任务复杂得多，其中大部分技术需求都会是世界首次，将引发颠覆性创新，如果实现，则会成为国际领先的技术能力。

因此，虽然空间科学耗资巨大，风险高，见效也慢，但仍是国际上公认的“财富的发电机”“创新的驱动器”和“新理论、新知识的源泉”，更是各科技强国竞相发展、寻求革命性突破的领域，对国家发展具有重要的战略作用。

东方红一号：白手起家，迈入太空

1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星。这颗仅运行了92天的人造卫星让全世界为之震惊，許多国家开始意识到，空间是一个很重要的战略高地，包括中国在内的世界主要国家站在了发展航天、探索宇宙的同一起点上。

1958年，首颗人造卫星项目被国家列为当年头号重点科研任务，代号“581”。“两弹一星”中的“一星”，就是我国的第一颗人造地球卫星。然而，在当时中国的院校，没有一个跟航天相关的专业;甚至在581组里，也没有人知道人造卫星到底该怎么造。在当时的国际形势下，中国想造卫星只能自力更生。在十分有限的科研条件下，白手起家的道路举步维艰，科研人员甚至用手摇计算器完成了大量计算，将冷库、库房改造成地面模拟试验场，因陋就简、土法上马、群策群力，用难以想象的艰苦努力攻克了一道道难关。

1970年4月24日21时35分，中国的第一颗人造卫星——东方红一号——搭载长征一号火箭，从戈壁大漠腾空而起。几个小时后，收音机传送出从卫星上传来的《东方红》乐曲。这一幕成为一代中国人不可磨灭的记忆。

东方红一号是中国航天史上的一座丰碑，其意义远远超出了一颗卫星本身。为发展我国人造地球卫星成立的581组，就是今天中国科学院国家空间科学中心的前身，东方红一号成为我国空间（航天）事业的开端。自此，凭借东方红一号的研制奠定的技术基础、探索的工艺流程、培养的人才队伍，以及在此基础上建立起的中国航天事业探索和发展的一套完整的体系，中国昂首进入了航天时代。

双星计划：空间科学，零的突破

东方红一号发射升空后，我国空间（航天）事业发展进入新阶段。但受限于经济发展水平，航天任务一直面向应用，并没有正式开展空间科学卫星计划。仅在实践系列、风云系列等应用卫星项目上，搭载了空间科学实验载荷，但效果十分有限。

2000年11月，中国政府首次向国内外发布了《中国的航天》白皮书，首次明确将空间科学列为中国航天的主要任务之一，并增设了空间科学探测卫星系列。2003年，以国家空间科学中心刘振兴院士为首的中国空间科学家提出“地球空间探测双星计划”（简称“双星计划”），即通过分别位于赤道面和极轨的两颗卫星，组成立体的探测体系来探测地球空间环境。这是我国第一个真正意义上以科学发现为目标的卫星计划，实现了空间科学“零”的突破。

同时，国际空间科学界接纳双星计划参加了国际日地物理计划。双星计划成为首个由中国科学家提出，并以中方为主成功实施的空间探测国际合作计划，是中国空间科学发展的里程碑。

空间科学先导专项：卫星计划，规模最大

双星计划后，中国航天经历了空间科学卫星发射空白的10年。航天（空间）领域包括空间科学、空间应用和空间技术3个不可替代又相辅相成的主要方面。我国航天事业从起步开始，几乎主要面向工程和应用，空间科学一直是短板。我们有一流的空间科学家，但长时间以来只能使用国外科学卫星的二手数据进行科学研究。虽然也取得了许多重要成果，但中国空间科学家还是热切盼望实施自己的空间科学计划，发展自己的空间科学。

转机发生在2010年3月， 国务院审议通过了“创新2020”规划，明确要求通过组织实施战略性先导科技专项，形成重大创新突破和集群优势。2011年1月11日，首批战略性先导科技专项正式启动，空间科学先导专项应运而生，成为我国迄今最大规模的空间科学卫星计划。

空间科学先导专项除了设置空间科学卫星工程项目外，还面向“十四五”及更长远的未来，设置了空间科学背景型号项目、空间科学预先研究项目，成为整个空间科学卫星任务发展链条上，直接关系到未来长期可持续发展的重要一环。

目前，空间科学先导专项（一期）已经圆满收官，4颗科学卫星“悟空”“实践十号”“墨子号”“慧眼”四发四捷，并在具有重大科学意义的热点领域，包括暗物质粒子空间探测、空间大尺度量子力学实验、黑洞和天文观测、微重力和生命科学等方面，取得了重大科学发现和技术创新突破，带动了相关高技术的跨越式发展。同时也凝聚和造就了一支从事空间科学研究的创新队伍，提升了我国空间科学在国际上的地位，形成了国家有关部门和社会各界发展空间科学的共识。

2018年7月，空间科学先导专项（二期）正式启动。二期聚焦最具优势和重大科学发现潜力的热点领域，瞄准宇宙和生命起源与演化、太阳系与人类的关系两大科学前沿，在时域天文学、太阳磁场与爆发的关系、太阳风- 磁层相互作用规律、引力波电磁对应体等方向开展卫星研制，将发射爱因斯坦探针（EP）、先进天基太阳天文台（ASO-S）、太阳风—磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）、引力波暴高能电磁对应体全天监测器（GECAM）这4个卫星工程型号项目，以及一批背景型号、预先研究和概念研究项目，将通过自主创新和国际合作实现科学上的重大突破，带动相关技术领域的跨越式发展，为我国空间科学领域早日跻身世界先进行列，做出不可替代的历史性贡献。

助力建设航天强国：我们的征途，是星辰大海

今天，中国航天已经取得了以人造卫星、载人航天与探月工程三大里程碑为代表的辉煌成就，国家民用空间基础设施基本建成，实现了空间技术、空间应用、空間科学领域的长足发展，空间科学已成为了国家空间活动中相对独立的一部分。但在成绩面前，众多专家学者对中国航天的现状一直保持着清醒的认识和判断。

1.基础研究 战略意义

基础研究是科学之本、技术之源。大部分科学知识可以获得，而研究发现的能力不可替代。空间科学作为基础前沿研究重点突破口，涉及几乎全部自然科学前沿，是探索和发现的无尽源泉;它对航天技术具有牵引和带动作用，是航空技术和应用发展的基石;它还能为人类社会发展、空间活动、地面设施安全，创新生物材料、药物和医疗技术等涉及民生的方方面面，提供无限可能，对经济社会发展的促进作用显而易见。因此，发展空间科学具有非常重要的战略意义。

2.清醒认识 找到差距

多位学者参考美国、日本等机构的研究报告，对中国的航天实力进行了定量分析，指出：空间运输是中国航天的加分项，载人航天活动能力与中国的整体空间能力地位基本相称，空间科学和应用是中国航天的短板。这也正是“航天大国”与“航天强国”的差距。

在倡导“和平发展”的黄金时代，中国航天要想冲破技术的“天花板”，走向更远更深的宇宙，需要聚焦重大基础科学前沿问题，瞄准重大原始创新突破，走出一条“空间科学拉动空间技术”的新路。而当前，正是帮助我国空间科学迎头赶上的最好的历史发展时期。

3.补齐短板 培养人才

目前，我们还缺少对于空间科学稳定、持续的投入，在空间技术上与国际先进水平也有较大差距，有效载荷的精度、灵敏度、探测仪器的种类等都是需要补齐的短板。另一方面，我们的研究队伍与国际顶尖水平还有差距，在国际空间领域举足轻重的中国科学家凤毛麟角。

对此，国家在理学、工学和医学各学科中设立了与空间科学有关的专业，支撑起中国空间科学界的空间天文学、空间太阳物理、空间物理学、行星科学、空间地球科学、空间生命科学、微重力科学等诸领域;国家空间科学中心制订了“九章人才计划”，针对包括学术大师、领军人才、年轻人才在内的不同层次人才制定了优厚政策;国家空间科学中心更是主动给年轻科研人员“压担子”，使他们尽快成长为项目负责人，为有志于中国空间科学未来的科研工作者提供施展才华的平台。

4.国际合作 创新思想

如今，各国纷纷制定了雄心勃勃的空间科学规划，酝酿着对物理学、生命科学、宇宙科学和地球科学研究的重大突破，预示新一轮的科学革命或许正在孕育之中。

我国在空间科学领域，有良好的空间科学平台，在空间物理、空间天气应用基础、空间天气预报、载人航天等领域都有学科优势和优秀的团队，以此优势为基础，继续创新思想，开展实质性的国际合作，促进我国与欧洲发达国家的战略合作伙伴关系，也帮助我们的科学家和工程师从一开始就站到国际前沿，打造核心竞争力，实现科学突破，不断提升我国在国际空间科学领域的影响力和话语权。

5.期待跨越 航天强国

目前，我国对于发展空间科学是建设世界科技强国的重要途径已形成共识。

中国空间站或将成为21世纪30年代中后期唯一在轨空间站，是发展空间科学难得的历史机遇;探月工程、火星探测工程的实施为月球和行星科学研究提供了重要机遇;空间科学先导专项（二期）的4颗科学卫星也将在3—5年内陆续发射升空;我国空间工程技术实力显著提升，为发展空间科学提供了强大的技术支撑。

整体来说，我国具备在空间科学领域实施突破的基本条件和历史机遇，空间科学的跨越发展有望成为今后我国航天领域和基础科学研究的主要突破口之一。我国要实现一些世界前沿水平的重大突破，成为空间科学知识的产出国，通过空间科学的跨越式发展，支撑中国航天强国的目标早日实现。

素材来源

1.《2016—2 030年中国空间科学发展规划建议》，吴季、孙丽琳、尤亮、曹松、白青江、邹永廖、张伟，《中国科学院院刊》2015年第30卷第6期

2.《空间科学对国家科技、经济与社会发展的作用》，孙丽琳、吴季，《中国科学院院刊》2015年第30卷第6期

3.《空间科学先导专项：探索中国空间科学发展之路》，唐琳，《科学新闻》2018年9月刊

4.《砥砺奋进六十春秋 奏响空间科学乐章——中国科学院国家空间科学中心成立60周年巡礼》，周彧，《科学新闻》2018年9月刊

5.《发展空间科学卫星系列就是新时期的“两弹一星”任务》，吴季，《中国科学院院刊》2017年第3 2卷第8期

6.《美国空间科学的发展及其启示》，范全林、白青江，《科技导报》 2019年第37卷第21期

7.《空间科学卫星：迈向空间科学强国》，齐芳，《光明日报》2019年7月18日

8.《“太极一号”“实践十号”“慧眼”，三颗科学卫星取得的科学成果集中发布——我国正走近空间科学世界舞台的中央》，齐芳，《光明日报》2021年7月21日