吳季：先導專項推動空間科學跨越發展

　　2010年3月31日，國務院第105次常務會議審議通過了中國科學院“創新2020”規劃，并明確要求通過組織實施戰略性先導科技專項，形成重大創新突破和集群優勢。就即將啟動實施的空間科學戰略性先導科技專項等方面的問題，中國科學院空間科學與應用研究中心主任吳季研究員接受了記者的專訪。

　　《科學時報》：實施空間科學戰略性先導科技專項的意義是什么？

　　吳季：空間科學是以航天器為主要平臺，研究發生在日地空間、行星際空間乃至整個宇宙空間的物理、天文、化學以及生命等自然現象及其規律的科學。空間科學開展的有關宇宙、生命的起源與演化和基本物理規律的探索，是蘊含重大科學突破的前沿科學領域。

　　當代科學發展的歷史已充分證明，大量的科學突破和發現來自于對宇宙和太空的探索。如20世紀90年代以來，借助哈勃太空望遠鏡，人類發現了大量的未知天體，將人類的視界延伸到了137億光年的距離，幾乎達到了宇宙自身自大爆炸以來膨脹的尺度，并使宇宙學研究尺度到了精確研究的階段。

　　特別是2003年以來，威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）對宇宙微波背景輻射的精確測量，以及斯隆數字巡天（SDSS）對大尺度結構和超新星的觀測等研究成果，更加堅實有力地支持了以暗物質和暗能量為主導的暴漲宇宙模型。

　　2002年、2006年諾貝爾物理學獎分別授予了成功探測到中微子、發現宇宙X射線源和發現宇宙微波背景輻射的黑體形式與各向異性的四位空間科學領域科學家，以表彰他們在增進人類對宇宙的了解和認識方面所作的突出貢獻。

　　空間科學不僅是探索太空奧秘、拓展認識能力、推進人類文明進步的重要學科，也是促進航天技術創新，服務國家安全與經濟發展，實現和平利用太空和提升國家地位的戰略制高點。

　　空間科學對航天技術具有全面的、顯著的牽引和帶動作用。每一項空間科學任務都是非重復性的，要實現空間科學任務目標就必須進行新的設計和技術創新，空間科學任務對特殊軌道設計、探測器姿態穩定度、平臺與載荷一體化設計、遙科學等方面不斷對航天技術提出新的需求，一項空間科學任務的實施能夠催生一批新的航天技術。

　　空間科學致力于發現和驗證新的空間現象和規律，如研究太陽系與人類的關系等重大應用科學問題，這將增強人類對太陽和日地系統及其變化規律的科學認識，提高人類應對自然災害、維持與自然和諧共存的能力，為人類社會的長期可持續發展提供保障和支撐；同時空間科學所發現的新知識、新規律將為空間應用提供源源不斷的動力，極大拓展空間應用的范圍，服務國家安全與經濟社會發展。

　　科學無國界，空間科學因其和平、開放、共享性質和貢獻新的發現與科學知識，因此也是我國和平利用空間的重要窗口和體現大國責任、樹立國際形象的重要舞臺。2010年，國際宇航科學院授予我國雙星計劃和歐空局星簇計劃合作團隊“杰出團隊成就獎”，以表彰他們在空間科學領域所作出的突出貢獻，這是我國首次獲得的航天領域國際重大科技獎項，凸顯了我國為和平利用空間所作出的貢獻和努力，極大提高了我國的國際地位和影響力。

　　我國自發射第一顆人造衛星以來，航天技術已有了很大的發展，加速發展空間科學的基本技術條件已經具備。我國的空間科學家長期使用國外科學衛星探測數據，也已經建立了初步的研究隊伍和力量。但是由于缺少自主的科學衛星計劃和第一手的探測數據，科學家原創性的科學發現還比較少，原創性的科學思想也不能快速、直接得到驗證。空間科學衛星計劃對空間技術發展的獨特的牽動和引領作用也沒有充分發揮出來。實施空間科學戰略性先導科技專項（簡稱空間科學先導專項），將促進我國空間科學跨越發展，縮小和盡快彌補我國在前沿基礎科學發現和具有潛在應用意義的空間知識創新方面與國外的差距，為我國航天技術的發展注入新的活力。

　　《科學時報》：空間科學先導專項都將開展哪些方面的研究？預期目標是什么？

　　吳季：空間科學先導專項是2011年1月中國科學院首批啟動的戰略性先導科技專項之一。為保證我國空間科學的可持續發展，空間科學先導專項的研究內容覆蓋了從科學思想的提出到獲取科學成果的全過程。包括開展空間科學發展戰略規劃的研究，創新概念研究和相關探測技術預先研究，空間科學衛星關鍵技術研究，空間科學衛星的研制、發射和運行以及科學衛星上天后的科學數據應用，構成空間科學任務從孵育、前期準備、技術攻關到工程研制、成果產出的完整鏈條。

　　“十二五”期間，空間科學先導專項將重點針對黑洞的性質和極端條件下物理規律、暗物質的性質、空間環境下的物質運動規律和生命活動規律、太陽爆發等太陽活動對地球空間環境的影響和檢驗量子力學完備性等方面開展研究，通過自主和國際合作科學衛星計劃，實現科學上的重大創新突破，帶動相關高技術的跨越式發展，發揮空間科學在國家發展中的重要戰略作用；同時遴選 “十三五”擬發射的空間科學衛星項目，突破相關關鍵技術，使其具備工程立項條件；制定空間科學中長期發展規劃，提出新的空間科學衛星任務概念，在影響空間科學可持續發展的關鍵核心技術方面取得突破。

　　“十二五”期間，空間科學先導專項將部署以下7個研究項目。

　　硬X射線調制望遠鏡：研究黑洞的性質及極端條件下的物理規律，開展寬波段X射線（1~250 keV）巡天觀測，發現大批被塵埃遮擋的超大質量黑洞和未知高能天體，研究宇宙硬X射線背景輻射的性質；對重要天體進行寬波段、高靈敏度的定點觀測，測量其時變和能譜特性，研究致密天體和黑洞強引力場中動力學和高能輻射過程。

　　實踐十號：利用我國成熟的返回式衛星技術，緊密圍繞國家科技戰略目標，結合國家重大需求，促進地面生物工程、新材料等高技術發展和基礎物理、生命科學等基礎研究取得突破，推動我國空間微重力科學和空間生命科學發展。

　　量子科學試驗衛星：在高精度的捕獲和跟瞄系統基礎上，進行衛星與地面之間量子密鑰分發，實現衛星與地面之間量子保密通信試驗；在地面建立兩個局域的光纖量子通信網絡，通過衛星中轉組建廣域量子通信網絡；在衛星與地面之間進行雙向糾纏分發，檢驗量子力學的非局域性；利用地面多體糾纏光源，探索地面站與衛星之間遠距離量子隱形傳態的可行性。

　　暗物質粒子探測衛星：尋找暗物質湮滅的證據，通過高分辨測量高能電子和伽馬射線的能量和方向，確認暗物質粒子存在的證據并研究其物理特性，包括暗物質的質量及其在空間的分布；通過測量TeV以上的高能電子能譜，研究宇宙線起源；通過測量宇宙線重離子能譜，研究宇宙線傳播和加速機制。

　　夸父計劃：研究太陽活動事件對地球空間環境的影響，利用自行研制的夸父A星與加拿大的兩顆極軌衛星，通過國際合作形成對日地關系連鎖變化的連續觀測系統——夸父計劃，探索日地空間系統物質和能量的傳輸與耦合過程，預期在日地系統的能量及擾動的耦合機制方面實現重大突破。

　　空間科學衛星背景型號研究：根據戰略規劃和發展路線圖，通過科學論證，遴選科學衛星項目進行背景型號研究，開展科學目標凝練、探測方案優化和關鍵技術攻關，為“十三五”科學衛星的工程研制、發射和獲得科學成果作準備。

　　空間科學預先研究：通過部署項目集群的方式，對未來的空間科學衛星計劃和必需的關鍵技術進行先期研究，開展空間科學發展戰略研究、創新性衛星任務概念研究、前瞻技術預研和關鍵技術攻關、地面驗證與標定，對部分地面無法驗證的有效載荷開展短時飛行試驗驗證，以全面推動空間科學領域的創新性研究、前瞻技術預研和關鍵技術攻關，為我國空間科學的長期可持續發展奠定科學與技術基礎，發揮空間科學在基礎科學領域前沿研究和航天高技術領域的火車頭作用。

　　通過空間科學專項任務的實施，可望在恒星與星系的起源和演化、暗物質的性質、空間環境下的物質運動規律和生命活動規律、太陽爆發等太陽活動對地球空間環境的影響和檢驗量子力學完備性等方面取得重大科學發現或突破，深化人類對宇宙和自然規律的認識。同時為“十三五”乃至更長時間段空間科學的發展作好技術準備、奠定發展基礎。同時，通過空間科學先導專項還將培養起一支達到國際水平的科學研究隊伍和先進探測儀器的研制隊伍，建立起我國空間科學及衛星工程項目的技術支撐和管理體系，建成支撐我國空間科學發展的國家級高水平空間科學中心，為空間科學今后的持續發展奠定堅實的基礎。