瞭望｜推动空间科学进入突破时代——专访中国科学院院士王赤

中国科学院院士王赤

每一项空间科学任务都是非重复性的，不仅带动火箭、测控通信、卫星平台、载人飞船等共性通用技术的进步，而且要突破诸如极远极冷极弱空间探测急需的新兴与前沿技术

空间科学先导专项建立的科学卫星系列为中国科学家开展建制化空间科学基础研究提供了先进平台，使中国空间科学的发展第一次有了系统性的支持计划

面向世界空间科学前沿，我国科学共同体创造性地将这些前沿问题进一步聚焦为我国有望取得突破的极端宇宙、时空涟漪、日地全景、宜居行星、太空格物5大科学主题，并识别出了拟突破的系列重大科学问题

文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺

科幻电影《流浪地球2》凭借精彩的剧情和层出不穷的硬科技获得口碑票房双丰收，影片中的太空电梯、领航员空间站、月球发动机等高科技设备给观众带来了强烈的视觉震撼。

流浪地球是在太阳氦闪背景下发生的故事，而要实现对太阳活动的观测和认知就需要空间科学支撑。

2022年10月9日，我国将先进天基太阳天文台“夸父一号”发射升空，继“羲和”号之后开启为期4年的逐日之旅。“夸父一号”是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后，研制发射的又一颗空间科学卫星，科学目标旨在研究太阳磁场，以及太阳耀斑和日冕物质抛射这两类太阳上最剧烈的爆发活动的起源及三者之间可能存在的因果关系，是我国天基太阳探测卫星跨越式突破。

“我国正在加快建设航天强国和科技强国，空间科学领域正在奋起直追，围绕极端宇宙、时空涟漪、日地全景、宜居行星和太空格物等科学主题开展前沿探索，有望在这新一轮探索宇宙奥秘的世界竞技舞台上取得优异成绩，贡献中国智慧、提供中国方案。”中国科学院院士、国家空间科学中心主任王赤在接受《瞭望》新闻周刊专访时表示。

实现基础研究从0到1突破的主阵地之一

《瞭望》：当前发展空间科学的必要性有哪些？

王赤：空间科学是依托航天器平台研究宏观和微观世界的前沿交叉学科，自20世纪60年代以来在基础科学前沿催生了诸多重大发现和原创成果。进入21世纪，在新一轮科技革命孕育爆发之际，空间科学进入跨越式突破新时刻。

空间科学的突出特点是依托航天器为主要工作平台，到空间去研究关于地球、太阳系乃至整个宇宙的自然现象及其规律，突破天文学、地学、生命科学等母学科困于地面实验或理论模拟而难以破解的科学难题，是实现从0到1突破的主阵地之一。

首先，空间科学研究直面基础研究最前沿、最重大的方向，挑战最有重大科学意义的难题。空间科学研究成果不能规划，但研究方向可以聚焦和瞄准，一旦突破就可能是里程碑性质的。

例如引力波已成为人类探索宇宙的新信使、观测宇宙的新窗口。美国科学家因间接证实了引力波的存在获得了1993年诺贝尔物理学奖。2016年，美国科研人员宣布激光干涉引力波天文台（LIGO）在地面直接探测到了高频引力波。1年后，LIGO团队核心成员获得了诺贝尔物理学奖。鉴于空间探测将引力波极大拓展至中低频，甚至会以当今不可预见的方式拓展我们对物理学和天文学的认知，随之而来的科学突破令人期待。我国的“太极计划”和“天琴计划”也瞄准了这一新窗口孕育的重大科学机遇。

再者，空间科学助力科学家揭示自然奥秘，推动基础前沿研究和综合交叉探索，其每一步进展都将拓展人类对宇宙演化、生命起源的认知。

例如，人类是否是宇宙中唯一生命存在问题是重大科学前沿。美国火星探测计划一直将寻找火星生命“指纹”作为首要科学目标。“好奇号”登陆火星的新闻位列2012年多个榜单头条，反映了人们对火星是否存在生命或曾经存在生命的极大关注。同样，我国“嫦娥”系列任务、“天问一号”任务等也多次入选年度重大科技进展榜单，反映了我国航天领域高新技术研发和关键核心技术突破能力，这些成就能为空间科学领域理论突破和原创发现提供重要平台和关键手段。

此外，空间科学挑战极限的需求有力推动了尖端技术突破。与应用卫星型谱化和批产特点形成鲜明对比的是，每一项空间科学任务都是非重复性的，都必须研发创新的有效载荷和原创的探测方案，不仅带动火箭、测控通信、卫星平台、载人飞船等共性通用技术的进步，而且将突破诸如极远极冷极弱空间探测急需的新兴与前沿技术。

青年强则国家强。根植于空间科学探索的宏大航天愿景和伟大科学家精神，是激发青少年科学梦想的“播种机”，并且能够通过科学普及提升公众科学素养，增强文化自信。

中国空间科学10年跨越

《瞭望》：近年来中国空间科学取得了哪些进展？

　王赤：空间科学任务投资大、挑战性高、实施周期长，是体现国家意志的航天活动，是使命驱动的基础研究。我国行星科学起步较晚但起点高，依托探月工程和行星探测工程建立的地外天体“绕落巡返”能力，迎来了加速发展，我国空间科技已成为科技强国进展的重要标志。

首先，空间科学卫星系列建立并取得重要进展。

2011年，中国科学院空间科学先导专项首批（下称“专项一期”）启动，目标是通过自主和国际合作的科学卫星计划，实现科学上的重大创新，带动相关高技术跨越式发展。

专项一期在“十二五”期间开展了暗物质粒子探测卫星“悟空”、“实践十号”返回式科学实验卫星、量子科学实验卫星“墨子号”以及硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”4颗科学卫星的研制工作，正式建立起了中国第一个科学卫星系列。

2016年8月，空间科学卫星系列入选《“十三五”国家科技创新规划》，空间科学的发展被提升到了一个前所未有的高度。为继续推动中国空间科学发展，中科院实施了空间科学先导专项（二期），部署的科学卫星工程包括“爱因斯坦探针”、“夸父一号”、中国科学院—欧洲空间局联合研制的太阳风—磁层相互作用全景成像卫星“微笑计划”、引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星“怀柔一号”等4个新的空间科学卫星任务。目前，专项二期的科学卫星研制进展顺利，已全部进入工程研制或发射运行阶段。

空间科学先导专项建立的科学卫星系列为开展建制化空间科学基础研究提供了先进平台，使中国空间科学的发展第一次有了系统性的支持计划，助力中国空间科学家走近世界空间科学舞台中央，提升了中国科技的国际影响力。

其次，载人航天与深空探测的空间科学应用取得重要进展。

中国载人航天工程按“三步走”发展战略实施，载人飞船阶段（1992～2006）和空间实验室阶段（2007～2017）完成了80余项科学实验。2020年中国载人航天工程“第三步”开启，全面迈入空间站时代。空间实验室取得了一批科学前沿成果和关键技术突破，例如国际首台空间冷原子微波钟完成原子激光冷却和操控，取得迄今最高频率稳定度的实验结果。2022年全面建成并运营的中国空间站为开展大规模系统性有人参与的空间科学研究提供了历史性机遇。与此同时，与空间站同轨飞行的2米口径巡天空间望远镜预计2024年发射，空间站应用与发展阶段还将部署高能宇宙辐射探测设施，有望使中国空间光学天文巡天、空间暗物质搜寻和高能宇宙辐射探测达到国际先进水平。

探月工程与“天问一号”任务成功实施，为中国行星科学研究快速追赶上国际先进水平提供了重要平台。“嫦娥五号”的首批科学成果已为完善月球演化历史提供了关键科学证据。中国首次自主火星探测任务“天问一号”使中国成为第二个成功着陆火星的国家。

此外，2021年11月，国务院学位委员会批准中国科学院大学自主设置行星科学一级交叉学科，对中国继续实施行星探测工程和行星科学研究影响深远。

中国正在加快建设空间科学强国。《2021中国的航天》白皮书指出中国将实施探月工程四期，开展小行星探测、火星采样返回等任务，力争在2049年实现太阳系边际探测。

中欧首次实现SMILE卫星整星联合装配与星箭试验（2023年2月摄） 受访者供图

直面重大科学前沿开启空间探索新征程

《瞭望》：聚焦科技自立自强，需要如何继续开展好空间科学研究？

王赤：我国空间科学原创能力与航天强国相比仍有差距，亟待抓重点、补短板、强弱项。一方面，应该对我国空间科学在世界上的位置有客观认识，不能将中国航天的工程技术成就与空间科学突破相混淆；另一方面，在一些重大前沿上，如2017年人类首次直接探测双中子星并合产生的引力波，我国科学家虽有贡献，但尚未作出核心贡献。我国空间科学在产出有重要影响力的科学成果方面仍有较大差距。

时不我待。中国科学家应瞄准重大原创突破加紧布局重大科学任务，面向世界空间科学前沿和建设科技强国、航天强国的国家重大战略需求，围绕“宇宙和生命是如何起源和演化的”“太阳系与人类的关系是怎样的”两大根本科学问题，坚持重大科学问题牵引，坚持重大原创成果导向，坚持科学发现只有第一没有第二，聚焦最优先的科学前沿方向，直面最重大科学问题勇闯“无人区”，形成可实施的系列科学卫星任务。

《瞭望》：空间科学世界重大前沿在哪儿？未来我国如何发力？

王赤：为落实加快建设航天强国的要求，我们坚持全国一盘棋，凝聚科学界的智慧，正在加紧制定我国首个国家空间科学中长期发展规划。在此基础上，我们梳理出了11个亟待全球空间科学界携手率先突破和回答的重大科学前沿，可概括为“一黑”“两暗”“三起源”和“五表征”。

“一黑”旨在探索以黑洞为典型代表的致密天体及其极端条件下的物质运动规律。“两暗”指迄今人们对其本质知之甚少的暗物质、暗能量。“三起源”聚焦宇宙起源、太阳系起源和生命起源。“五表征”探寻地球系统、地月空间、太阳系和系外世界的特征和运行规律，以及太空环境中的物质运动和生命活动规律。

面向这些世界空间科学前沿，我国科学共同体创造性地将这些前沿问题进一步聚焦为我国有望取得突破的极端宇宙、时空涟漪、日地全景、宜居行星、太空格物5大科学主题，并识别出了系列重大科学问题。

其中，极端宇宙探索宇宙的起源与演化，揭示极端宇宙条件下的物理规律；时空涟漪探测中低频引力波、原初引力波，揭示引力与时空本质；日地全景探索地球、太阳和日球层，揭示日地复杂系统、太阳—太阳系整体联系的物理过程与规律；宜居行星探索太阳系天体和系外行星的宜居性，开展地外生命探寻；太空格物揭示太空条件下的物质运动和生命活动规律，深化对量子力学与广义相对论等基础物理的认知。

未来5～10年，我们将合理配置大中小型任务，既有多个任务聚焦同一重大前沿，也有一项任务贡献多个前沿突破，中小型任务亦可为后续大型任务先导探路。我们将通过自主实施或国际合作，抓住未来20余年的发展机遇，保持战略定力，一步一个脚印推动规划目标任务落实，空间科学必将实现跨越发展，取得若干标志性原创成果，突破国家重大需求的瓶颈科学问题，开辟以我为主航天国际合作新格局，成为科技强国建成的重要标志，为人类文明发展作出历史性贡献。■