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来自 科技之门 2019-09-27 06:39 的文章
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科学卫星引领原创突破,发展空间科学

空间科学是利用航天器为主要平台,研究发生在地球、日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学以及生命等自然现象及其规律的科学。空间科学具有增进科学认知、带动前沿技术创新、推动经济社会发展、促进军民融合的显著特征,为空间技术、空间应用水平的提高提供原动力,是航天强国竞相发展和占领的科技制高点,对科技创新、国家战略和国民经济发展意义重大。

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7月4日,国家空间科学专家委员会第四次全体会议在中国科学院国家空间科学中心召开。中科院副院长、空间科学先导专项领导小组组长相里斌出席并讲话。

2016年5月30日,习近平总书记在全国科技创新大会上讲话指出:“空间技术深刻改变了人类对宇宙的认知,为人类社会进步提供了重要动力,同时浩瀚的天空还有许多未知的奥秘有待探索,必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。”党的十九大提出了建设航天强国的宏伟目标。为贯彻落实习近平总书记重要讲话精神和十九大精神,中国科学院在成功实施空间科学先导专项的基础上,启动实施空间科学先导专项,目标就是聚焦最具挑战性和重大科学发现潜力的科技前沿,以探索人类未知领域为重大牵引,有力推动我国空间科学、空间技术和空间应用的全面发展,为提升人类认知、促进科技进步贡献中国智慧。

全球水循环观测卫星模拟图

国家空间科学专家委员会秘书长、空间中心主任吴季介绍了委员会的职责定位和参加此次咨询评议的四个项目的基本情况。随后,爱因斯坦探针、全球水循环观测卫星、先进天基太阳天文台和磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测计划四个科学卫星计划的负责人,向专家委员报告了各项目的科学目标和科学意义、有效载荷配置和工程总体方案、关键技术解决情况及工程可行性等。与会专家委员就上述内容进行了质询,并提出了建设性的咨询评议意见。

一、空间科学意义深远,先导专项使命光荣

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相里斌指出,“十二五”以来,中科院高举空间科学大旗,组织实施了空间科学先导专项,一方面成功研制发射了暗物质粒子探测卫星和实践十号返回式科学实验卫星,量子科学实验卫星和硬X射线望远镜卫星也进入发射倒计时;另一方面创建了确保重大科学产出的“首席科学家+工程两总”科学卫星工程管理体制,并通过合理的竞争程序和公开透明的方式,优选了科学卫星的卫星平台。空间科学先导专项充分体现了科学性、创新性、引领性和协同性,实践中形成了体制简明、机制高效的空间技术管理与科学探索研究的创新模式,引领了我国空间科学跨越发展。希望在“十三五”启动的空间科学卫星研制计划,能为建设世界科技创新强国,为中国的航天梦做出重要贡献。

相对于空间技术和空间应用,我国空间科学是航天强国建设亟待克服的“短板”。美国从2000年至今共支持了92项科学卫星计划,发射了超过100颗科学卫星,并获得了多项诺贝尔奖;欧洲、日本也安排了雄心勃勃的空间科学计划。2011年,国务院第105次常务会议同意中科院启动实施战略性先导科技专项,“空间科学”是首批启动的先导专项,使得我国的空间科学第一次有了系统性的支持计划。

中欧联合太阳风-磁层相互作用全景成像卫星模拟图

来自院内外多家单位的28位国家空间科学专家委员会委员参加会议。会议由专家委员会主任委员、中科院院士顾逸东主持。中科院重大科技任务局、前沿科学与教育局和发展规划局相关负责人参加会议。

空间科学先导专项部署了4颗卫星和一批预先研究项目,取得了量子隐形传态、暗物质探测和空间微重力实验等一批原创性重大科学成果,“悟空”“墨子”和“慧眼”三年四次入选习近平总书记新年贺词,并在党的十九大报告中作为创新型国家建设的代表性成果。今年5月28日,习近平总书记在两院院士大会上又将“悟空、墨子、慧眼、碳卫星等系列科学实验卫星成功发射”作为十八大以来我国着力推进基础研究和应用基础研究的典型。

习近平总书记在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的讲话中指出:空间技术深刻改变了人类对宇宙的认知,为人类社会进步提供了重要动力,同时浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索,必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。一直以来,空间科学一直是中国航天事业的短板,专家学者们不断呼吁要改变中国“既是航天大国、又是空间科学小国”的现状。本期,我们邀请空间科学卫星工程常务副总指挥、中国科学院国家空间科学中心主任吴季,总结中国空间科学卫星的经验,谈谈未来发展蓝图。

国家空间科学专家委员会于2011年5月由中科院发文成立,旨在对我国空间科学规划、拟组织实施的空间科学卫星项目以及空间科学计划的研究成果进行咨询评议,已于2011年、2013年和2015年召开了三次全体会议。

空间科学专项的实施,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。

我国正补上航天事业发展的科学短板

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二、专项二期继往开来,责任重大不容懈怠

“十二五”部署首批四颗科学卫星,“十三五”完成背景型号遴选,并面向更长远的未来进行科学规划

会议现场

空间科学专项所取得的突出成绩和产生的深远影响,既是我们继续推动空间科学发展的动力,更是促进空间科学专项产出重大成果的压力。战略性先导科技专项的目标是引领科技发展、支撑国家战略,是实现重大突破的“利剑”。空间科学专项的实施,体现了党和国家对空间科学事业的高度重视,也是中国科学院作为国家战略科技力量,高举中国空间科学大旗的光荣责任和使命担当。2016年12月,中国科学院院长办公会审议通过了空间科学专项的立项申请,之后的实施方案论证经过了一年半的时间,并经过了两次院长办公会的审议,表明了中国科学院对空间科学研究的严格要求和高度关注。白春礼院长明确要求,空间科学先导专项必须聚焦空间科学领域前沿重大问题,科学目标不能降低。在实施方案论证过程中,不断凝练和优化科学目标,反复推敲和严格筛选专项任务,甚至忍痛割爱。这样做的目的,就是为了突出专项的战略性、创新性和引领性,确保专项取得原创性或颠覆性的重大成果。

我国应用卫星、载人航天和探月工程取得了巨大成就,在加强国防、普及应用和激励民众方面发挥了重要作用。但我国在发现空间科学新知识、引发前沿技术变革,并以此带动相关产业发展等空间科学的主要产出和作用方面,与航天强国还有较大差距,空间科学还未能在国家创新驱动发展战略中扮演重要角色。这不仅削弱了我国在基础前沿科学领域里的创新能力,也成为我国航天事业发展的短板。

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空间科学专项包括4个卫星工程型号项目和一批背景型号、预先研究、概念研究项目。其中,爱因斯坦探针、先进天基太阳天文台和太阳风—磁层相互作用全景成像卫星已进入工程研制阶段,引力波暴高能电磁对应体全天监测器也即将完成工程立项。除了这几个工程任务,专项还首次设置了重大背景型号,其中增强型X射线时变与偏振空间天文台是由我国科学家领衔实施的一项“国际大科学计划”,全世界20多个国家和地区的100多个单位参加,备受瞩目;中高轨量子卫星是在专项一期量子卫星的基础上,继续坚持科学目标牵引、关键技术突破,积极与国家“科技创新2030—重大项目”工程相衔接;空间引力波探测是当前国际的热点,中国科学院提出了“太极”计划,目标是在激烈的国际竞争中抢占先机。此外,在背景型号中,专项还安排了系外宜居行星探测等极具挑战性的预研项目。因此,在专项实施过程中,势必面临巨大的挑战。一是由于一期的丰硕成果和广泛影响,各方对空间科学给予了更大的期望,社会关注度也更高,这就要求专项的成果必须更加过硬;二是专项队伍进一步壮大,新单位、新人员的加入,对卫星工程的研制和管理提出了更高的要求;三是专项各卫星工程和重大背景型号项目从科学到系统、部件到器件均有多层次、深入的国际合作,这一方面表明了项目科学目标得到了国际上的广泛认可,另一方面也为专项实施增加了不确定因素;四是卫星发射时间主要集中在2022年前后,多线并举,时间紧、任务重。因此,要圆满实现既定目标,获得重大科学产出,全线人员不能有丝毫懈怠,特别是首席科学家和工程两总队伍,要以时不我待、只争朝夕的精神扛起责任,全力以赴推进工作。

为了尽快缩小我国在空间科学领域与航天强国的差距,通过建设空间科学的平台在基础前沿领域实现突破,“十二五”期间,中国科学院在国务院批准的战略性先导科技专项中,将空间科学卫星计划作为最大项目予以支持,为我国迎来空间科学的发展高潮做出了有益探索。

相里斌讲话

三、不忘初心砥砺奋进,严慎细实确保成功

“十二五”期间,专项部署的首批四颗科学卫星分别是:暗物质粒子探测卫星、实践十号返回式科学实验卫星、量子科学实验卫星和硬X射线调制望远镜卫星。其中,暗物质卫星于2016年3月17日成功在轨交付、正式开启发现暗物质的科学之旅,4月18日我国首颗微重力科学实验卫星实践十号返回舱在内蒙古四子王旗成功回收,量子卫星将于今年7月择机发射。应该说,空间科学卫星系列作为“十二五”我国空间科学领域最重要的系统性进展,与载人航天、月球与深空探测共同形成了互不替代且互相补充的我国空间科学发展布局。

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1.坚持科学目标牵引。科学目标的提出与科学任务的遴选是专项的核心,不仅直接决定专项的科学产出水平,也与专项的可持续发展密切相关。必须站在世界空间科学大舞台上,瞄准前沿和热点问题,提出特色鲜明的解决方案。同时要始终把专项科学产出作为最重要的考核标准,不断健全优化项目遴选机制,概念研究、预先研究、背景型号任务与卫星工程同期部署、不断迭代、贯穿始终、相互促进,确保专项的可持续发展。

根据“十二五”攻关进度,我们已推荐了最有希望的中欧联合太阳风-磁层相互作用全景成像卫星、先进天基太阳天文台卫星、磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测计划、全球水循环观测卫星、爱因斯坦探针卫星等,“十三五”期间尽快开展工程研制。面向更长远的未来,我们发布了《2016-2030空间科学规划研究报告》,计划至2030年发射总计20颗左右的科学卫星。

顾逸东主持会议

2. 坚持“首席科学家+工程两总”管理模式。长期以来,中国航天形成的以工程两总为首的管理模式,有效保障了卫星工程任务的顺利实施。不同于其他应用卫星,空间科学任务具有强烈的科学探索性,首席科学家是科学目标的提出者和后续科学研究的组织者,是科学卫星工程的灵魂。在一期专项的工程实施中,创造性地提出和贯彻了“首席科学家+工程两总”的模式,赋予首席科学家一票否决权,有效保障了工程实施过程中“不忘初心”,确保科学成果的先进性。实践表明,这种管理模式是行之有效的,必须予以坚持和发扬。对科学卫星而言,没有质量的进度意味着宝贵资源的浪费,没有进度的质量意味着科学目标的牺牲。专项首席科学家们要在工程研制中用好“否决权”,坚持科学目标第一的标准,工程总师们要把好工程关,处理好质量和进度的辩证关系。

空间科技重大原始创新的源头活水

3. 质量第一,务求成功。科学卫星从概念提出到发射上天,一般要经历十几年到几十年,花费数亿到数十亿科研经费,才可能获得科学家梦寐以求的探测数据,因此必须确保成功。质量历来是航天事业的生命线,中国科学院从事航天事业的每一名工作者,都要牢记使命,把质量责任扛在肩上,落实到实际行动中。此外,科学发现的一大特征在于只有“第一”,没有“第二”,对于科学家提出的先进科学目标,要以时不我待的紧迫感、责任感和使命感,争取先机,尽早实现。

空间科学卫星是实现我国空间科技创新能力从“跟踪”为主,向“并行”和“领跑”转变的强大引擎

4. 开放共享,扩大效益。科学数据是国家科技创新和经济社会发展的重要基础性战略资源,在当今大数据时代,科技创新越来越依赖于对科学数据的分析挖掘和综合利用。日前,国务院办公厅印发《科学数据管理办法》,作为国家财政支持的项目,先导专项更要做好表率,按照“开放为常态、不开放为例外”的指导思想,结合先导专项数据管理办法,发挥数据的最大效益。

不同于应用卫星强调的“长期、连续、稳定的业务服务能力”,空间科学实验与探索“只有第一、没有第二”的内禀属性,决定了每项空间科学计划都是非重复性的、非生产性的,包含了大量新需求、新思路、新设计、新材料和新工艺等,能使我们冲破“总用别人的昨天来装扮自己的明天,永远跟在别人的后面亦步亦趋”的思维桎梏,成为空间科技重大原始创新的源头活水。

空间科学专项实施以来,一直坚持吸纳包括高校、工业部门等各研究单元的广泛参与,力量不断增强,队伍不断壮大。新时代,新征程,我们深刻体会到要让中国的空间科学事业快速发展,实现从航天大国向航天强国转变,就必须与全国具有科学和技术优势的单位联合起来,协同创新,团结进取。

具体而言,首先,空间科学覆盖宏观和微观两大前沿,科学卫星是人类认知自然取得重大突破最直接的手段之一,必将引发暗物质暗能量、量子力学和引力波等基础前沿科学的突破。

“历史只会眷顾坚定者、奋进者、搏击者,而不会等待犹豫者、懈怠者、畏难者。”今天,我们站在空间科学的更高起点上,使命光荣、责任重大。我们要切实肩负起历史赋予的重任,把握大势、抢占先机,携手并肩、砥砺奋进,在科技变革的新时代勇做创新先行者,在率先行动的道路上勇当实践排头兵,为将我国建成为社会主义现代化强国贡献更多的智慧和力量。

其次,国际主要航天国家都把科学卫星系列作为重要战略领域予以支持,以科学驱动的卫星技术要求高、不重复,对空间技术有明显的带动作用,并能借此实现“寓军于民、军民融合”目的。

(相里斌,中国科学院副院长、党组成员)

第三,空间科学计划在探测技术和任务实施中的创新性,可以极大提升国家形象。比如2005年美国深度撞击探测器在距地球1.5亿公里处成功击中了坦普尔彗星,其控制精度堪比从130公里外准确命中一只苍蝇的眼睛,为美国空间安全带来不可估量的战略威慑力。

此外,由空间科学牵引的前沿技术变革,已不断转化成新兴产业,创造了显著经济社会效益。美国航空航天局每年转化1600项新技术,每项成果转化平均每年能带来100万美元的经济效益。

我国航天发展抓创新首先要抓科技创新,补短板首先要补科技创新的短板。将空间科学卫星系列纳入《国家创新驱动发展战略纲要》“十三五”新部署,成为体现国家战略意图的重大科技项目,是实现我国空间科技创新能力从“跟踪”为主,向“并行”和“领跑”转变的强大引擎。

创新科学卫星体制机制

建立行之有效的体制机制,保障研发和工程的顺利实施

中科院是我国系列科学卫星的主要研发单位和用户单位,经过几年来的实践,探索出一条科学卫星体制机制创新之路,实行的科学卫星工程管理体制行之有效,得到了科学界、航天工程界和国际同行的高度认可,极大提升了我国空间科学的国际影响力。

总结成功经验,一是建立了覆盖空间科学全生命周期的创新链,从发展战略、预先研究、背景型号、工程研制、科学运行到产出评估,有效加强了各创新环节的组织整合,消除了科研创新中的“孤岛”。

二是确立了以科学目标重大性和带动性为核心的卫星计划遴选标准,实践了自下而上的项目征集和同行专家评审的遴选机制,从源头上解决了科学卫星的“水之源、木之本”。

三是创建了确保重大科学产出的科学卫星工程管理体制,建立了首席科学家具有最终否决权的“首席科学家+工程两总”管理制度,首席科学家在立项论证阶段牵头组织设立科学目标和有效载荷配置,在运行和应用阶段牵头组织科学数据分析和应用,确保重大科学产出;工程两总在工程研制阶段负责卫星的设计、研制和发射,确保科学目标的工程实现。在卫星工程中设置了支撑所有科学卫星计划的地面支撑系统和针对每个科学卫星任务的科学应用系统。

四是建成了科学卫星工程总体机构中科院国家空间科学中心,卫星平台、运载火箭最大限度采用市场机制采购,充分依靠航天工业部门参与,服务重大科学产出的目标。

当前,中国航天进入了由大到强的重要窗口期,必须充分发挥科学卫星系列在航天发展中的强大引擎效能,必须“不忘初心”始终坚守科学目标重大性和带动性,通过其长期可持续发展,为实现“两个一百年”奋斗目标,为人类更加美好的未来作出里程碑式的科技贡献。

(吴季,作者为空间科学卫星工程常务副总指挥、中科院国家空间科学中心主任)

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