前言
加快孕育空間科學(xué)新任務(wù)的金種子

習(xí)近平總書記指出，探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強國，是我們不懈追求的航天夢。而每每談及在創(chuàng)新發(fā)展快車道上高歌猛進(jìn)的中國航天，空間科學(xué)先導(dǎo)專項卻是大家有點兒熟悉又略感陌生的名字。說熟悉，是因為悟空墨子慧眼實踐十號微笑計劃等系列科學(xué)衛(wèi)星已越來越頻繁地出現(xiàn)在黨和國家的重要文件中，它們的科學(xué)成果也被各類新媒體關(guān)注和傳播，成為青少年和公眾熱追的高科技網(wǎng)紅，而這些僅是空間科學(xué)先導(dǎo)專項攻關(guān)創(chuàng)新的部分成果；說陌生，是因為空間科學(xué)先導(dǎo)專項是中國航天空間科學(xué)拼圖的新生力量，從2011年呱呱墜地至今也就13歲，與近70年發(fā)展史的中國航天事業(yè)相比，可謂陽光少年一枚。

少年強則國強�？臻g科學(xué)先導(dǎo)專項實施伊始，就確立了堅持科學(xué)目標(biāo)牽引、實現(xiàn)重大原創(chuàng)突破的初心，扛起了加速我國空間科學(xué)發(fā)展的歷史使命。十余載光景值得總結(jié)，空間科學(xué)先導(dǎo)專項既有系列科學(xué)衛(wèi)星工程任務(wù)，更重要的是建立了促進(jìn)空間科學(xué)持續(xù)健康發(fā)展的完整創(chuàng)新價值鏈，孕育了一大批空間科學(xué)任務(wù)的金種子，有力支撐了21世紀(jì)以來我國的空間科學(xué)探索和實驗。限于現(xiàn)階段資源等方面的約束，科學(xué)家們提出的眾多空間科學(xué)任務(wù)還未能爭取到工程實施的機會，但它們構(gòu)成了我國空間科學(xué)跨越騰飛的堅實基礎(chǔ)。我們編著本書，既是記錄空間科學(xué)研究的歷史，也是推介空間科學(xué)任務(wù)的概念。

（一）空間科學(xué)的突出特征是利用航天器產(chǎn)出新知識。

與歷史悠久的天文、地理、生物等傳統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)科相比，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，是1957年人類社會進(jìn)入太空時代的產(chǎn)物。其突出特征是利用科學(xué)衛(wèi)星、深空探測器或空間站等平臺，進(jìn)行空間天文、日球?qū)游锢怼⑿行强茖W(xué)和空間地球科學(xué)觀測與研究，開展空間環(huán)境下的科學(xué)實驗，促進(jìn)天體生物學(xué)、系外行星探測和地外生命探尋，支持載人深空探索。其核心價值在于產(chǎn)出四新，即新發(fā)現(xiàn)、新規(guī)律、新理論和新知識。自20世紀(jì)60年代以來，空間科學(xué)在基礎(chǔ)科學(xué)前沿催生了諸多諾貝爾獎級的重大發(fā)現(xiàn)和原創(chuàng)科學(xué)成果，拓展了人類對自然世界的認(rèn)知邊界，不斷更新人類的知識圖譜，日益成為基礎(chǔ)研究原創(chuàng)突破的策源地。

（二）空間科學(xué)任務(wù)是科學(xué)目標(biāo)牽引科學(xué)產(chǎn)出導(dǎo)向的航天任務(wù)。

空間科學(xué)是中國航天活動的三大領(lǐng)域之一，空間科學(xué)任務(wù)與應(yīng)用衛(wèi)星任務(wù)不同，是一類具有鮮明特征的航天任務(wù)。簡而言之，空間科學(xué)任務(wù)指的是為了實現(xiàn)既定的科學(xué)探索目標(biāo)，針對科學(xué)衛(wèi)星（廣義，包括地球軌道科學(xué)衛(wèi)星、深空探測器和空間站等航天器，以下同）或搭載其他航天器平臺的科學(xué)載荷（如天宮二號搭載的伽馬暴偏振探測儀POLAR）所開展的，從規(guī)劃、遴選、立項、研制、發(fā)射，到科學(xué)運行或?qū)嶒灐⑼瓿蓴?shù)據(jù)分析、產(chǎn)出原創(chuàng)成果的全生命周期的科研活動。

可以看出，空間科學(xué)任務(wù)構(gòu)成了完整的創(chuàng)新價值鏈，具有體現(xiàn)國家意志、投資大、用時長，瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)研究從0到1重大突破，必須久久為功的特點。為遂行科學(xué)高效的管理，常從投資占比和研發(fā)耗時的角度，將其分為空間科學(xué)預(yù)研和空間科學(xué)工程兩大類項目。實際上，為便于國際合作交流，對比美國和歐洲的相關(guān)管理實踐，可以看出前者相當(dāng)于美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）所稱的PreFormulation（策劃前，PrePhase A）；后者相當(dāng)于Formulation（策劃/方案） Implementation（實施），即從Phase A到F的階段。

（三）任務(wù)帶學(xué)科打通空間科學(xué)創(chuàng)新價值鏈最后1公里。

為推動我國空間科學(xué)發(fā)展，在國家相關(guān)部委的支持下，中國科學(xué)院經(jīng)過長期的探索和創(chuàng)新，強化了對空間科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和基于科學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)研究，創(chuàng)新發(fā)展了首席科學(xué)家 工程兩總的科學(xué)衛(wèi)星工程管理體制，以科學(xué)衛(wèi)星系列為抓手，通過任務(wù)帶學(xué)科、學(xué)科促任務(wù)，建立和完善了我國空間科學(xué)任務(wù)創(chuàng)新價值鏈，并成功輻射帶動了國家相關(guān)重大航天工程任務(wù)的空間科學(xué)與應(yīng)用。

回眸過往，早在2009年，中國科學(xué)院就開始通過院創(chuàng)新重要方向項目，支持面向全國高校院所和行業(yè)研發(fā)機構(gòu)的空間科學(xué)研究課題，形成了中國至2050年空間科技發(fā)展路線圖。2010年3月，國務(wù)院第 105 次常務(wù)會議審議通過，同意中國科學(xué)院組織實施戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項。2011年1月，經(jīng)中國科學(xué)院黨組會審議通過，空間科學(xué)先導(dǎo)專項立項啟動實施，旨在最具優(yōu)勢和最具重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)潛力的科學(xué)熱點領(lǐng)域，通過自主和國際合作科學(xué)衛(wèi)星計劃，實現(xiàn)科學(xué)上的重大創(chuàng)新突破，帶動相關(guān)高技術(shù)的跨越式發(fā)展，充分發(fā)揮空間科學(xué)在國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用。

十二五期間，空間科學(xué)先導(dǎo)專項部署了暗物質(zhì)衛(wèi)星、量子衛(wèi)星、實踐十號和HXMT衛(wèi)星4個科學(xué)衛(wèi)星工程項目；同時還部署了一批空間科學(xué)背景型號和預(yù)先研究項目。為加快實現(xiàn)重大原創(chuàng)突破，空間科學(xué)先導(dǎo)專項提出并補齊了中國航天空間科學(xué)基礎(chǔ)研究的空白，通過中國科學(xué)院國家自然科學(xué)基金委空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金支持了悟空墨子實踐十號慧眼的科學(xué)數(shù)據(jù)分析研究，并推動在科技部重點研發(fā)計劃設(shè)立空間科學(xué)重點專項規(guī)則項目，支持我國科學(xué)衛(wèi)星、深空探測和載人航天的空間科學(xué)基礎(chǔ)研究，打通了空間科學(xué)任務(wù)創(chuàng)新價值鏈的最后1公里。

（四）空間科學(xué)預(yù)研主要完成任務(wù)概念研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

如上所述，空間科學(xué)預(yù)研項目是與空間科學(xué)衛(wèi)星工程相對的一類研究項目和課題。它覆蓋了空間科學(xué)任務(wù)全生命周期的前后兩端，具有重要的意義，具體包括5種：空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃和政策研究、空間科學(xué)任務(wù)概念項目、空間科學(xué)預(yù)先研究項目、空間科學(xué)背景型號項目和空間科學(xué)基礎(chǔ)研究項目。

實際上，迄今空間科學(xué)先導(dǎo)專項已部署支持了逾260項空間科學(xué)預(yù)研課題，60家以上的中國科學(xué)院及相關(guān)院所、高等院校，作為牽頭單位或參加單位承擔(dān)了各課題、子課題研究任務(wù)，支持我國科研工作者大膽設(shè)想、小心求證，從探索宇宙奧秘的原創(chuàng)科學(xué)思想出發(fā)，通過嚴(yán)慎細(xì)實的預(yù)研工作，不斷凝練科學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化探測方案，完成關(guān)鍵技術(shù)原理驗證和初步攻關(guān)，使之轉(zhuǎn)化為有望工程實施的創(chuàng)新型空間科學(xué)任務(wù)。

如果說空間科學(xué)任務(wù)概念項目是科學(xué)家探索宇宙和生命起源演化的金種子，那么空間科學(xué)預(yù)先研究項目就是供給它們的試驗田，空間科學(xué)背景型號項目就是未來空間科學(xué)任務(wù)的孵化器，而空間科學(xué)基礎(chǔ)研究則是收獲辛勤探索成就的曬谷場。播一粒粟，收滿倉谷。實踐證明，這些空間科學(xué)預(yù)研工作自身成果產(chǎn)出遠(yuǎn)超預(yù)期，為推動空間科學(xué)衛(wèi)星系列的起步和工程實施奠定了重要基礎(chǔ)，同時亦為深空探測和載人航天空間科學(xué)任務(wù)遴選提供了有效輸入，為我國科學(xué)家開展世界級研究提供了支撐。

（五）本書特色。

應(yīng)該說，本書匯聚的科學(xué)成果是我國空間科學(xué)工作者集體智慧的結(jié)晶，彰顯了他們面向世界空間科學(xué)前沿，面向國家空間科學(xué)發(fā)展重大戰(zhàn)略需求，在探索浩瀚宇宙奧秘、發(fā)展先進(jìn)空間探測技術(shù)道路上的辛勤努力。從本書可以看出，我國空間科學(xué)家勇于直面極端宇宙、時空漣漪、日地全景和宜居行星探索的最前沿難題，矢志在我國有基礎(chǔ)、有優(yōu)勢的宇宙起源和演化、太陽系與人類的關(guān)系等科學(xué)主題上，既有獨到的思考和大膽的創(chuàng)新，也有與航天強國同臺競技、只爭朝夕的勇氣。

作為本書編著者，我們力求尊重科研創(chuàng)新的實際過程，記錄歷史，保護(hù)原創(chuàng)。實際上，每一個課題都形成了較完整的科研檔案，幾乎可以單獨成冊。但是限于篇幅，我們僅擷取課題亮點，給出了進(jìn)一步檢索的參考，為感興趣的讀者提供入口。我們相信，創(chuàng)新要站在前人的肩膀上，進(jìn)一步提出空間科學(xué)任務(wù)的新方案，拓展認(rèn)知宇宙的新窗口，做出中國人的新貢獻(xiàn)。

（六）致謝。

為加速我國空間科學(xué)發(fā)展，2015年中央機構(gòu)編制委員會辦公室批復(fù)同意原中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心正式更名為中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（簡稱空間中心），作為我國空間科學(xué)及其衛(wèi)星項目和中國科學(xué)院月球與深空探測任務(wù)的總體性研究機構(gòu)、我國空間科學(xué)領(lǐng)域的研究中心和創(chuàng)新高地，負(fù)責(zé)組織開展國家空間科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃研究，具體負(fù)責(zé)中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項的組織與實施，開展空間科學(xué)及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新性科學(xué)研究與技術(shù)發(fā)展和實驗工作。

空間科學(xué)與深空探測規(guī)劃論證中心（簡稱論證中心）作為負(fù)責(zé)空間科學(xué)先導(dǎo)專項管理的總體部門，具體負(fù)責(zé)了空間科學(xué)預(yù)研項目的管理。在我國空間科學(xué)界的大力支持下，空間科學(xué)先導(dǎo)專項已成功實施兩期，科學(xué)衛(wèi)星系列及其成果產(chǎn)出已產(chǎn)生了重要國際影響，空間科學(xué)預(yù)研項目為十四五乃至2035年空間科學(xué)任務(wù)的遴選和實施提供了重要的輸入。

為了總結(jié)和回顧我國空間科學(xué)發(fā)展的歷程，并記錄空間科學(xué)任務(wù)發(fā)展全生命周期中極為重要的前期工作，負(fù)責(zé)先導(dǎo)專項預(yù)研工作的論證中心，在專項負(fù)責(zé)人吳季、王赤的領(lǐng)導(dǎo)下，歷時1年，以科研和管理檔案為基礎(chǔ)，并在近160位課題負(fù)責(zé)人、近30位責(zé)任專家的支持下，動議并具體承擔(dān)了本書的編輯工作。在此特別感謝前后三任論證中心主任孫麗琳、范全林和曹松，以及承擔(dān)了大量項目管理工作和具體編輯工作的白青江、李明、時蓬、宋婷婷、魏海燕、尤亮和王琴等。范全林負(fù)責(zé)了全書的統(tǒng)稿。

限于項目眾多且距離各項目結(jié)題時間較長，書中可能仍存在不少遺漏，我們懇請各項目負(fù)責(zé)人和讀者-批評指正，以便再版時做出更正。

衷心感謝中國宇航出版社對本書出版的支持，感謝各位讀者對中國空間科學(xué)事業(yè)的關(guān)注。建設(shè)航天強國、科技強國，我們一直在努力。

吳季王赤

2024年5月30日