中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)實(shí)施11年回顧與展望

吳 季 王 赤 范全林

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心 北京 100190

編者按作為科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國的重要標(biāo)志，發(fā)達(dá)的空間科學(xué)探索是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的重要抓手。推動(dòng)空間科學(xué)高質(zhì)量發(fā)展，充分發(fā)揮空間科學(xué)的原始創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用，對(duì)于加快建成創(chuàng)新型國家和世界科技強(qiáng)國具有重要戰(zhàn)略意義。中國科學(xué)院作為我國戰(zhàn)略科技力量的主力軍，我國空間科學(xué)研究的發(fā)源地，在空間科學(xué)的發(fā)展過程中，始終發(fā)揮著引領(lǐng)者、先行者、主力軍和國家戰(zhàn)略思想庫的作用。面對(duì)新形勢(shì)、新任務(wù)、新挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院始終心系“國家事”、肩扛“國家責(zé)”，堅(jiān)決把思想和行動(dòng)統(tǒng)一到黨中央決策部署上來，主動(dòng)擔(dān)當(dāng)起發(fā)展我國空間科學(xué)事業(yè)的歷史使命，肩負(fù)起實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的時(shí)代重任?；诖耍谥袊茖W(xué)院重大科技任務(wù)局指導(dǎo)支持下，《中國科學(xué)院院刊》聯(lián)合中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，策劃組織“中國空間科學(xué)――戰(zhàn)略與突破”專題，邀請(qǐng)?jiān)簝?nèi)外專家探討空間科學(xué)強(qiáng)國之路，以期為我國率先形成一批航天強(qiáng)國、科技強(qiáng)國先行標(biāo)志性科學(xué)成果，為人類拓展認(rèn)知新邊界、開拓發(fā)展新疆域貢獻(xiàn)思考。本專題由中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心主任王赤研究員指導(dǎo)推進(jìn)。

2022年8 月，中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱“空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)”）部署的我國首顆綜合性太陽探測(cè)科學(xué)衛(wèi)星先進(jìn)天基太陽觀測(cè)臺(tái)（ASO-S）[1]已完成正樣研制，具備發(fā)射條件，即將在金秋 10 月升空，瞄準(zhǔn)國際太陽物理領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的“一磁兩暴”前沿，對(duì)第 25 個(gè)太陽活動(dòng)周遂行科學(xué)觀測(cè)。與太陽活動(dòng)周 11年“同步”，適逢空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)實(shí)施 11年[2]?；仡欉^去，展望未來，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的實(shí)施為中國空間科學(xué)的發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ)，將為航天強(qiáng)國、世界科技強(qiáng)國的建設(shè)再立新功。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)來之不易，需倍加珍惜。1998年，中國科學(xué)院實(shí)施知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)工作。2003年，中國首個(gè)以科學(xué)目標(biāo)牽引立項(xiàng)的“雙星計(jì)劃”實(shí)施[3]，但此后的近 10年中國再?zèng)]有發(fā)射新的科學(xué)衛(wèi)星。2009年，《中國至 2050年空間科技發(fā)展路線圖》[4]戰(zhàn)略研究完成，其中指出空間科技在國家發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用亟待發(fā)揮。2010年3 月，國務(wù)院第 105 次常務(wù)會(huì)議決定 2011—2020年中國科學(xué)院繼續(xù)深入實(shí)施知識(shí)創(chuàng)新工程，著力解決關(guān)系國家長遠(yuǎn)發(fā)展的重大科技問題，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)應(yīng)時(shí)順勢(shì)而立，形成重大創(chuàng)新突破和集群優(yōu)勢(shì)。

在此時(shí)代背景下，在科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部、原總裝備部、國家國防科技工業(yè)局、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等部委，以及全國空間科學(xué)界、相關(guān)院所高校及工業(yè)部門的大力支持下，中國科學(xué)院組織了空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的咨詢?cè)u(píng)議和實(shí)施方案論證。2011年1月11日，經(jīng)中國科學(xué)院黨組會(huì)審議并通過，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批（以下簡(jiǎn)稱“專項(xiàng)一期”）啟動(dòng)，正式立項(xiàng)實(shí)施。

空間科學(xué)是以航天器為主要平臺(tái)①指能遂行空間探測(cè)、支持科學(xué)研究的各類地球軌道衛(wèi)星、深空探測(cè)器（軌道器、著陸器、巡視器和返回器），以及空間站、航天飛機(jī)、高空火箭與高空氣球等。、使命驅(qū)動(dòng)的前沿交叉基礎(chǔ)研究，是增進(jìn)人類前沿科學(xué)認(rèn)知、實(shí)現(xiàn)“從 0 到 1 突破”的“國之重器”，同時(shí)它還具有重要且廣泛的溢出效應(yīng)，可帶動(dòng)先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、牽引未來產(chǎn)業(yè)革命、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、支撐國家空間安全、引爆科學(xué)普及熱點(diǎn)。毋庸諱言，相對(duì)于空間技術(shù)和空間應(yīng)用，空間科學(xué)是我國航天強(qiáng)國建設(shè)亟待補(bǔ)齊的“短板”[5]。航天科技是科技進(jìn)步和創(chuàng)新的重要領(lǐng)域，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)肩負(fù)著采擷航天“皇冠上的明珠”的使命，堅(jiān)持“科學(xué)發(fā)現(xiàn)只有世界第一”，勇攀世界空間科學(xué)最高峰。

空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的總體目標(biāo)就是通過自主和國際合作科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)科學(xué)上的重大創(chuàng)新突破，帶動(dòng)相關(guān)高技術(shù)的跨越式發(fā)展，從而發(fā)揮空間科學(xué)在國家發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用?？臻g科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)研究內(nèi)容覆蓋了從提出原創(chuàng)科學(xué)思想至產(chǎn)出重大科學(xué)成果的全過程，可分為預(yù)研項(xiàng)目和衛(wèi)星工程兩類。前者包括空間科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃和發(fā)展政策、空間科學(xué)任務(wù)概念、空間科學(xué)任務(wù)預(yù)先研究、空間科學(xué)背景型號(hào)、空間科學(xué)任務(wù)規(guī)劃和數(shù)據(jù)分析等 5 種研究課題；后者指空間科學(xué)衛(wèi)星工程任務(wù)從方案設(shè)計(jì)、初樣研制、正樣研制、發(fā)射和運(yùn)行，直至延壽與退役等 5 個(gè)階段[6]。

1 高起點(diǎn)：空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（一期）取得原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)（2011—2017年）

1.1 專項(xiàng)一期簡(jiǎn)介

科學(xué)衛(wèi)星工程是空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的重要內(nèi)容，在經(jīng)費(fèi)投入中占絕對(duì)份額；發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星不是目的，而是打造開展世界級(jí)科學(xué)研究必需的、變革性的物質(zhì)技術(shù)手段。

專項(xiàng)一期在“十二五”期間開展了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星（“悟空”，2015年12 月發(fā)射）、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（2016年4 月發(fā)射）、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（“墨子”號(hào)，2016年8 月發(fā)射）及硬 X 射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星（“慧眼”號(hào)，2017年6 月發(fā)射）4 顆科學(xué)衛(wèi)星工程任務(wù)的研制工作，建立起了我國第一個(gè)科學(xué)衛(wèi)星系列，是繼北斗、風(fēng)云、海洋等應(yīng)用衛(wèi)星系列后的中國航天“全新面孔”（表 1）。專項(xiàng)一期部署的第 5 個(gè)衛(wèi)星工程項(xiàng)目“夸父計(jì)劃”因?yàn)閲H合作伙伴退出而暫緩實(shí)施。此外，根據(jù)空間科學(xué)任務(wù)價(jià)值鏈的屬性，專項(xiàng)一期還前瞻部署了空間科學(xué)背景型號(hào)、空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目及專項(xiàng)總體項(xiàng)目。

表1 中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（一期）科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)一覽表Table 1 List of scientific satellite missions of Strategic Priority Program (SPP I) on Space Science, Chinese Academy of Sciences衛(wèi)星名稱科學(xué)目標(biāo)有效載荷配置衛(wèi)星軌道發(fā)射時(shí)間設(shè)計(jì)壽命當(dāng)前狀態(tài)暗子星空物探（“質(zhì)測(cè)粒衛(wèi)悟”）高學(xué)通通找及研究暗物質(zhì)粒子，在暗物質(zhì)研究這一前沿科能領(lǐng)過過電域觀觀子取測(cè)測(cè)和得伽重瑪大射突線破尋；TeV以伽高線子伽核文宇取線要方面取得突破；高能上瑪?shù)纳淠?，電在及瑪重天，方在面宙得射重起成源果?塑閃陣酸子陣列鉍探列探（BGO）探測(cè)測(cè)器器② 硅③ 鍺量能器④ 中測(cè)器500 km晨昏太軌陽道同傾步角97.31°2015.12.17 3年在延軌壽；運(yùn)行實(shí)返學(xué)星十踐回實(shí)（號(hào)十式驗(yàn)實(shí)）號(hào)科衛(wèi)踐開動(dòng)件和空間輻射條件下的物質(zhì)運(yùn)展及空生間命科活學(xué)動(dòng)實(shí)的驗(yàn)規(guī)，律研，究取、得揭創(chuàng)示新微科重技力成條果微① 蒸對(duì)箱間重力發(fā)流，⑧ 煤科射，⑤ 物養(yǎng)科對(duì)箱學(xué)流，⑤ 膠燃實(shí)，② 輻輸，⑨ 骨實(shí)箱驗(yàn)，② 顆材箱；：箱，③ 沸箱，④ 毛特細(xì)性空① 生培，⑧ 胚粒料物箱質(zhì)，⑥ Soret實(shí)燒騰驗(yàn)，⑩ 多氣箱泡，⑦ 導(dǎo)能線爐體燒，⑨ 非金屬燃箱功生物養(yǎng)命輻箱粉學(xué)盒驗(yàn)盒，③ 家植箱，④ 植胞物箱射運(yùn)基箱因，⑥ 高養(yǎng)蠶物培箱養(yǎng)，⑦ 干細(xì)胎培質(zhì)箱髓培等箱252 km圓軌道傾角43°2016.04.06 15天退返軌役回工；艙在作12 天后成功留軌回軌工收艙作19天，在量實(shí)（“”子驗(yàn)科衛(wèi)墨號(hào)學(xué)星子）進(jìn)實(shí)在力域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)行驗(yàn)空學(xué)星，間完地以尺備高期度性速在進(jìn)檢量空行驗(yàn)子間量的密量子實(shí)鑰子糾驗(yàn)分通纏研發(fā)信分究實(shí)實(shí)發(fā)驗(yàn)用和，化量并方子在面隱此取形基得傳礎(chǔ)重態(tài)上大實(shí)進(jìn)突驗(yàn)行破，廣；開展空間尺度量子① 量子子子子速密糾糾實(shí)相鑰纏纏驗(yàn)干通發(fā)源與激信射機(jī)機(jī)② 量③ 量④ 量控光制通處信理機(jī)機(jī)⑤ 高500 km太陽同道步圓傾軌角97.37°2016.08.16 2年在延軌壽；運(yùn)行硬X射望星慧號(hào)線遠(yuǎn)調(diào)鏡（“”制衛(wèi)眼）通源通的通子利其性大天區(qū)掃描巡天和監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)新的高能變過和過活過星用他，對(duì)已對(duì)動(dòng)對(duì)系其爆研銀知河和高統(tǒng)擴(kuò)發(fā)究道高內(nèi)演流的展現(xiàn)宇面能黑化強(qiáng)基到象宙、天洞機(jī)河本銀體和制內(nèi)性心的中；黑質(zhì)和新子核活星球動(dòng)進(jìn)的；行長期高頻次監(jiān)測(cè)，理解黑洞和中子星系統(tǒng)和中子星進(jìn)行高統(tǒng)計(jì)量觀測(cè)，理解吸積黑洞和中洞；200 keV—3 MeV能測(cè)的線基暴本及屬段數(shù)的據(jù)探，測(cè)理能解力高，能獲劇得烈新爆的發(fā)伽天馬體射的的深能處譜大和質(zhì)時(shí)量變恒觀星死亡及中子星并合等過程中黑洞的形成① 高能能能間X射線線線監(jiān)望望望測(cè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)器鏡鏡鏡（（HE）② 中X射（ME）③ 低X射境（LE）④ 空環(huán)SEM）550 km圓軌道傾角43°2017.06.15 4年在延軌壽；運(yùn)行夸父計(jì)劃著探促重索進(jìn)觀日日測(cè)地地日空關(guān)地間系空系物間統(tǒng)理暴物學(xué)的質(zhì)的整和發(fā)體能展連量，續(xù)的提變傳高化輸空現(xiàn)與間象耦災(zāi)；合害過預(yù)程報(bào)；的水平A星完（2顆成有證，B星效）載未荷完配成置論論證A星朗：日L1點(diǎn)：橢日地拉；地圓格B1+B2星大球軌軌極道//因作出實(shí)國伙，施際伴暫合退緩

2017年11 月，專項(xiàng)一期完成了全部研究內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的科學(xué)目標(biāo)，圓滿收官。科學(xué)衛(wèi)星系列實(shí)現(xiàn)了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新突破，獲得了一批具有國際影響力的原創(chuàng)成果；預(yù)先研究和背景型號(hào)研究突破了主要關(guān)鍵技術(shù)，孵化培育了一批未來新項(xiàng)目。專項(xiàng)一期初步體現(xiàn)了空間科學(xué)在國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展中的戰(zhàn)略作用。

1.2 取得重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)

專項(xiàng)一期建立的科學(xué)衛(wèi)星系列為我國科學(xué)家開展使命驅(qū)動(dòng)的建制化空間科學(xué)基礎(chǔ)研究提供了前所未有的先進(jìn)平臺(tái)。

在空間天文領(lǐng)域，“悟空”號(hào)獲得了迄今為止世界上最精確的宇宙射線電子[7]、質(zhì)子[8]和氦核[9]能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。2020年，“慧眼”號(hào)在國際上首次直接測(cè)量到宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng)[10]；2022年7 月再次刷新觀測(cè)記錄[11]，首次觀測(cè)到黑洞雙星爆發(fā)過程全景[12]，證認(rèn)了快速射電暴源于磁星[13]。

在空間基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)方面，“墨子”號(hào)在國際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的星地量子糾纏分發(fā)[14]、星地量子密鑰分發(fā)[15]和星地量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)[16]，完成引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了天地一體化廣域量子密鑰通信網(wǎng)絡(luò)，使我國第一次在空間科學(xué)研究領(lǐng)域走到了世界最前列，牢牢占據(jù)了空間量子科學(xué)研究領(lǐng)域的主導(dǎo)和引領(lǐng)地位[17]。

2020年，實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在世界上首次實(shí)現(xiàn)微重力條件下細(xì)胞胚胎至囊胚的發(fā)育[18]；微重力環(huán)境下的顆粒流體實(shí)驗(yàn)獲取了顆粒分聚現(xiàn)象的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)，對(duì)需要混合或分離的工業(yè)過程具有借鑒意義[19]。

上述重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)的成果已在Nature、Science、Physical Review Letters等國際著名期刊發(fā)表，或成為封面文章，或應(yīng)約撰寫長篇綜述論文。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至 2021年，專項(xiàng)一期已經(jīng)發(fā)表科學(xué)論文超過 1500 篇，其中國際期刊超過 2/3；發(fā)表國際會(huì)議報(bào)告超過 650 篇；申請(qǐng)發(fā)明專利超過 200 項(xiàng)，已有超過 50 項(xiàng)授權(quán)；登記軟件著作權(quán)超過 70 項(xiàng)。

1.3 取得技術(shù)突破等多重成效

空間科學(xué)挑戰(zhàn)極限的需求有力推動(dòng)了尖端空間技術(shù)的突破。暗物質(zhì)衛(wèi)星首創(chuàng)國內(nèi)面向“衛(wèi)星平臺(tái)載荷一體化”設(shè)計(jì)，載荷平臺(tái)比高達(dá) 73%，突破了航天以平臺(tái)為中心的設(shè)計(jì)慣例，開創(chuàng)了我國航天器研制的新思路[20]。量子衛(wèi)星突破了星地光路對(duì)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)（“針尖對(duì)麥芒”），跟蹤精度達(dá)到 0.5 μrad，量子光指向偏差小于 1.5 μrad，對(duì)國家安全和廣域量子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義[21]。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了我國返回式衛(wèi)星技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，突破了大尺度冷板和回收艙高效熱控等技術(shù)，為節(jié)能減排、培育植物新品種、保障糧食安全、提高人類健康水平提供了新的解決方案。“慧眼”號(hào)衛(wèi)星建成了國內(nèi)首個(gè)國際水準(zhǔn)的 X 射線標(biāo)定束線（100 m），提高了脈沖星的觀測(cè)水平，為未來脈沖星導(dǎo)航奠定重要科學(xué)基礎(chǔ)[22]。

專項(xiàng)一期 4 顆科學(xué)衛(wèi)星發(fā)射升空并成功遂行空間探測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，填補(bǔ)了我國空間科學(xué)空白，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)影響。近 10年來，專項(xiàng)一期成果先后 7 次入選兩院院士評(píng)選的中國科技十大進(jìn)展新聞和科學(xué)技術(shù)部中國科學(xué)十大進(jìn)展[23]。2017年，“墨子”號(hào)成為Nature年度十大科學(xué)新聞“空間量子通信”的最重要貢獻(xiàn)者。專項(xiàng)一期還發(fā)揮了重要的科學(xué)普及作用，科學(xué)衛(wèi)星征名引發(fā)全社會(huì)關(guān)注中國空間科學(xué)，“悟空尋找宇宙暗物質(zhì)引大眾好奇”入選中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì) 2015年“十大科學(xué)傳播事件”[24]，“墨子”號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星載荷及手稿資料入藏中國國家博物館②潘建偉“量子”團(tuán)隊(duì)“重器”亮相國博“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星載荷及手稿資料入藏儀式昨舉行. (2019-05-10)[2022-08-02]. http://www.chnmuseum.cn/zx/gbxw/201905/t20190510_114374_wap.shtml.。

習(xí)近平總書記在 2016、2017、2018年的新年賀詞中將“悟空”“墨子”和“慧眼”作為我國科技突破的代表性成果，并在“十九大”報(bào)告中將其作為創(chuàng)新型國家建設(shè)豐碩成果的典型代表。專項(xiàng)一期開啟了中國空間科學(xué)發(fā)展的新篇章，是我國空間科學(xué)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的重要標(biāo)志，為后續(xù)發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

2 再發(fā)展：空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期）持續(xù)重要產(chǎn)出（2018年5 月—2024年12 月）

2016年5月30日，習(xí)近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國科協(xié)第九次全國代表大會(huì)上的講話指出：“空間技術(shù)深刻改變了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知，為人類社會(huì)進(jìn)步提供了重要?jiǎng)恿?，同時(shí)浩瀚的空天還有許多未知的奧秘有待探索，必須推動(dòng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展?！?016年8 月，空間科學(xué)衛(wèi)星系列入選國務(wù)院《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》?？臻g科學(xué)的發(fā)展被提升到了一個(gè)前所未有的高度。為了切實(shí)落實(shí)習(xí)近平總書記的指示要求，以實(shí)際行動(dòng)繼續(xù)推動(dòng)中國空間科學(xué)發(fā)展，中國科學(xué)院決定實(shí)施空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)（二期）（以下簡(jiǎn)稱“專項(xiàng)二期”）。

2.1 專項(xiàng)二期簡(jiǎn)介

專項(xiàng)二期致力于空間天文、日球?qū)游锢淼阮I(lǐng)域前沿，將開展時(shí)域天文學(xué)與引力波電磁對(duì)應(yīng)體、黑洞、太陽磁場(chǎng)與爆發(fā)活動(dòng)之間的關(guān)系、引力波與時(shí)空本質(zhì)等方向的科學(xué)探測(cè)，有望開拓現(xiàn)有科學(xué)認(rèn)知，取得重大發(fā)現(xiàn)與突破。

專項(xiàng)二期部署的科學(xué)衛(wèi)星工程包括愛因斯坦探針（EP）、先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)（ASO-S）、中國科學(xué)院-歐洲航天局（ESA）聯(lián)合太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星“微笑計(jì)劃”（SMILE）、引力波暴高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器衛(wèi)星“懷柔一號(hào)”（GECAM）等 4 個(gè)新的空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)。

除了延續(xù)專項(xiàng)一期預(yù)研類項(xiàng)目的部署，專項(xiàng)二期還首次設(shè)置了重大背景型號(hào)，其中增強(qiáng)型 X 射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)（eXTP）是以我國為主牽頭發(fā)起、領(lǐng)銜實(shí)施的一項(xiàng)“國際大科學(xué)計(jì)劃”，全球 20 多個(gè)國家和地區(qū)的 100 多個(gè)單位參加，備受矚目；中高軌量子衛(wèi)星是在專項(xiàng)一期“墨子”號(hào)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)堅(jiān)持科學(xué)目標(biāo)牽引、關(guān)鍵技術(shù)突破，將與“科技創(chuàng)新2030—重大項(xiàng)目”相銜接。圍繞空間引力波探測(cè)，設(shè)置了“太極計(jì)劃”重大背景型號(hào)，發(fā)射了微重力技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“太極一號(hào)”（Taiji-1）。

2.2 專項(xiàng)二期進(jìn)展

專項(xiàng)二期的科學(xué)衛(wèi)星研制進(jìn)展順利（圖 1），目前已全部進(jìn)入工程研制或發(fā)射運(yùn)行階段。

圖1 空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)二期衛(wèi)星工程項(xiàng)目Figure 1 Space science flight missions of SPP II

專項(xiàng)二期首發(fā)星 Taiji-1 是我國首顆空間引力波探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，2019年8月31日發(fā)射升空，現(xiàn)已完成全部預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和拓展任務(wù)，預(yù)計(jì)將于 2022年底前后退役。Taiji-1 實(shí)現(xiàn)了我國迄今為止最高精度的空間激光干涉測(cè)量，成功進(jìn)行了我國首次在軌無拖曳控制技術(shù)試驗(yàn)，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了微牛級(jí)射頻離子和雙?；魻栯娡七M(jìn)技術(shù)的在軌驗(yàn)證，邁出了我國空間引力波探測(cè)第一步，為我國在空間引力波探測(cè)領(lǐng)域率先取得突破奠定了基礎(chǔ)[25,26]。

GECAM 已于 2020年12 月發(fā)射升空，已探測(cè)到來自伽馬暴、磁星、X 射線雙星、太陽和地球的數(shù)百個(gè)高能爆發(fā)事件，通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)下傳發(fā)布觸發(fā)警報(bào)，成功引導(dǎo)國際空間和地面望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)。GECAM 發(fā)現(xiàn) 1 例來自中子星雙星系統(tǒng)（編號(hào)為 4U 0614+09）的明亮的 X 射線熱核爆發(fā)，探測(cè)到爆發(fā)震蕩頻率為 413 Hz，支持其來源于該天體系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)[27]；發(fā)現(xiàn)磁星 SGR J1935+2154 的大量爆發(fā)，創(chuàng)新了多衛(wèi)星聯(lián)合定位算法，突破了傳統(tǒng)定位方法的定位精度[28]；經(jīng)過地面和在軌標(biāo)定，GECAM 的相對(duì)時(shí)間精度達(dá)到 0.1 μs，是伽馬射線監(jiān)測(cè)器的最高時(shí)間分辨率[29]。

ASO-S[1]即將于 2022年10 月發(fā)射，利用太陽活動(dòng)第 25 周峰年的契機(jī)，研究“一磁兩暴”，即太陽磁場(chǎng)、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（CME）的起源、彼此關(guān)聯(lián)和相互作用，揭示其科學(xué)機(jī)理，也為災(zāi)害性空間天氣預(yù)報(bào)提供支持。

預(yù)計(jì)于 2023年發(fā)射的 EP，將在 X 射線波段對(duì)宇宙天體開展高靈敏度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)巡天監(jiān)測(cè)[30]，發(fā)現(xiàn)宇宙中的 X 射線劇變天體，監(jiān)測(cè)已知天體的活動(dòng)性，探究相關(guān)現(xiàn)象的性質(zhì)及物理機(jī)制；發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中沉寂黑洞的耀發(fā)，測(cè)繪黑洞的分布，進(jìn)一步理解其起源、演化及物質(zhì)吸積過程；探尋來自引力波源的 X 射線信號(hào)，增進(jìn)對(duì)極端致密天體及其合并過程的認(rèn)知。

SMILE 是繼“雙星計(jì)劃”后又一中歐大型空間科學(xué)國際合作項(xiàng)目，中歐雙方首次在任務(wù)的整個(gè)生命周期內(nèi)，共同策劃、征集、遴選，并開展方案設(shè)計(jì)、工程研制及數(shù)據(jù)分析與科學(xué)研究。SMILE 預(yù)計(jì)于 2025年發(fā)射，利用創(chuàng)新的 X 射線和紫外成像有效載荷，首次對(duì)太陽風(fēng)和磁層之間的相互作用進(jìn)行全景成像（圖 2）。它的科學(xué)目標(biāo)是：探測(cè)太陽風(fēng)-磁層相互作用的大尺度結(jié)構(gòu)和基本模式；認(rèn)知地球磁層亞暴的整體變化過程和周期變化；探索 CME 事件驅(qū)動(dòng)的磁暴的發(fā)生和發(fā)展。

圖2 SMILE科學(xué)探測(cè)示意圖Figure 2 Sketch of CAS-ESA joint SMILE mission

隨著專項(xiàng)二期的接續(xù)實(shí)施，我國專用科學(xué)衛(wèi)星數(shù)量有望首次突破 10 顆，將占據(jù)我國已發(fā)射 760 顆航天器的 1.3%（截至 2022年4 月③Chronology of space launches. [2022-08-02]. https://space.skyrocket.de/directories/chronology.html.），可謂中國航天“空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用”全面發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，未來任重道遠(yuǎn)。

鑒于專項(xiàng)一期的豐碩成果和廣泛影響，國內(nèi)外各界對(duì)我國空間科學(xué)給予了更大的期望，社會(huì)關(guān)注度也更高。專項(xiàng)二期必須聚焦國際空間科學(xué)前沿重大問題，瞄準(zhǔn)原創(chuàng)性或顛覆性的重大成果，確保工程研制質(zhì)量和基礎(chǔ)研究水平，繼續(xù)砥礪前行。

3 大突破：空間科學(xué)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃孕育重大成果（預(yù)計(jì) 2025年1 月—2030年12 月）

專項(xiàng)一期實(shí)現(xiàn)了我國空間科學(xué)衛(wèi)星系列“從 0 到1”的突破，已取得了多項(xiàng)重大原創(chuàng)成果；專項(xiàng)二期正在順利實(shí)施，我國空間科學(xué)日益走近世界舞臺(tái)的中央，迎來了加速發(fā)展的最好歷史時(shí)機(jī)。空間科學(xué)未來發(fā)展亟須頂層規(guī)劃、提前布局，后續(xù)發(fā)展規(guī)劃部署迫在眉睫。

3.1 科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目后續(xù)發(fā)展規(guī)劃

2021年2 月，習(xí)近平總書記在會(huì)見探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)參研參試人員代表時(shí)提出：“要繼續(xù)發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢(shì)，加大自主創(chuàng)新工作力度，統(tǒng)籌謀劃，再接再厲，推動(dòng)中國航天空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展，積極開展國際合作，為增進(jìn)人類福祉作出新的更大貢獻(xiàn)”。

作為我國空間科學(xué)發(fā)展的主力軍，中國科學(xué)院責(zé)無旁貸，于 2021年7 月及時(shí)啟動(dòng)了面向“十五五”及以遠(yuǎn)的空間科學(xué)任務(wù)“新地平線計(jì)劃”，征集工作將圍繞極端宇宙、時(shí)空漣漪、日地全景、宜居行星四大科學(xué)主題開展前沿探索和研究，以期實(shí)現(xiàn)更多原創(chuàng)科學(xué)成果的重大突破，為落實(shí)習(xí)近平總書記重要指示，加速我國空間科學(xué)發(fā)展再立新功。

秉持著“科學(xué)目標(biāo)優(yōu)先、學(xué)科均衡發(fā)展、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行”的原則，為遴選產(chǎn)出諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)成果的科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)，后續(xù)發(fā)展規(guī)劃的科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目綜合論證前后持續(xù)近 1年的時(shí)間，邀請(qǐng)了國家空間科學(xué)專家委員會(huì)，以及業(yè)內(nèi)各領(lǐng)域的近百位院士和頂級(jí)專家參加咨詢和評(píng)議，全程 3 類 6 輪任務(wù)論證工作覆蓋了科學(xué)意義重大性評(píng)審、科學(xué)目標(biāo)國際評(píng)估；任務(wù)方案論證、工程技術(shù)論證；經(jīng)濟(jì)可行性論證；以及綜合評(píng)審等，得到了學(xué)界的廣泛參與，形成了重要共識(shí)。很多優(yōu)秀的項(xiàng)目開始“浮出水面”，分屬空間天文、系外行星、日球?qū)游锢?、行星科學(xué)與空間地球科學(xué)等領(lǐng)域[31]。

（1）空間天文。致力于解決“中子星和黑洞的自旋和質(zhì)量分布如何告訴我們這些天體的形成和演化”“如何揭示宇宙的起源和演化、暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)”等科學(xué)問題。此外，為了率先實(shí)現(xiàn)人類首次空間引力波探測(cè)，中國科學(xué)院正在加緊部署太極二號(hào)的論證工作，力爭(zhēng)探測(cè)到致密星系、種子黑洞和超大質(zhì)量黑洞并合等產(chǎn)生的中低頻段（mHz）引力波，探討時(shí)空和引力本質(zhì)、宇宙起源和統(tǒng)一場(chǎng)論。

（2）系外行星。擬圍繞“太陽系周圍是否存在系外宜居帶行星，地球是否是宇宙中唯一有智慧生命的星球、如何發(fā)現(xiàn)地球 2.0”等科學(xué)問題開展研究。

（3）日球?qū)游锢?。將致力于回答“影響行星宜居性的太陽活?dòng)水平長周期演化規(guī)律和機(jī)制是什么”“太陽磁活動(dòng)周和高速太陽風(fēng)起源”“太陽爆發(fā)引起的空間天氣事件”等前沿科學(xué)問題。

（4）行星科學(xué)與空間地球科學(xué)。將解決“行星的起源和演化、生命宜居環(huán)境與地外生命信息探索”“全球海表全流場(chǎng)分布、演變的動(dòng)力學(xué)和能量學(xué)，如何將海表動(dòng)力、熱力場(chǎng)信息拓展到海洋內(nèi)部”等重大科學(xué)問題。

3.2 后續(xù)發(fā)展規(guī)劃設(shè)想

應(yīng)該說，空間科學(xué)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃論證過程中浮現(xiàn)出的優(yōu)秀候選項(xiàng)目都是全國空間科學(xué)界智慧的結(jié)晶，如果它們有機(jī)會(huì)工程實(shí)施必將為我國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)探索浩瀚宇宙的夢(mèng)想提供舞臺(tái)（表 2）。加速我國空間科學(xué)發(fā)展，應(yīng)深刻理解空間科學(xué)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的歷史方位和時(shí)代特征，把握新發(fā)展階段，貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建新發(fā)展格局，積極推動(dòng)在國家財(cái)政設(shè)立空間科學(xué)衛(wèi)星專門渠道，尊重航天研制客觀規(guī)律，以10年為周期實(shí)施空間科學(xué)行動(dòng)計(jì)劃，厚積薄發(fā)，持續(xù)不斷地產(chǎn)出高質(zhì)量原創(chuàng)科學(xué)成果。

表2 空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)衛(wèi)星工程任務(wù)矩陣Table 2 Flight mission matrix of SPP

作為“國家隊(duì)、國家人”，肩負(fù)“國家責(zé)、國家事”，現(xiàn)階段，中國科學(xué)院將繼續(xù)高舉中國國家空間科學(xué)發(fā)展大旗，堅(jiān)持重大科學(xué)目標(biāo)牽引。加快推動(dòng)空間科學(xué)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃的科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目的立項(xiàng)實(shí)施，圍繞宇宙黑暗時(shí)代和黎明、引力波空間探測(cè)、太陽爆發(fā)機(jī)制立體探測(cè)、系內(nèi)系外宜居行星等重大科學(xué)前沿，在專項(xiàng)一期和二期的基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)重大科學(xué)突破，爭(zhēng)取在“十五五”期間通過實(shí)施 5—7 項(xiàng)大中小型空間科學(xué)任務(wù)，率先取得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與突破。同期，部署實(shí)施空間科學(xué)任務(wù)概念研究、預(yù)先研究、背景型號(hào)、任務(wù)規(guī)劃與數(shù)據(jù)分析、科學(xué)衛(wèi)星地面支撐等項(xiàng)目。

站在“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)的歷史交匯點(diǎn)上，科學(xué)技術(shù)從來沒有像今天這樣深刻影響著國家前途命運(yùn)，從來沒有像今天這樣深刻影響著人民生活福祉。空間科學(xué)對(duì)落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、建設(shè)世界科技強(qiáng)國的重要作用日益凸顯。空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)已走過了 11年歷程，使我國的空間科學(xué)發(fā)展第一次有了系統(tǒng)性的支持計(jì)劃，使我國空間科學(xué)開始日益走近世界舞臺(tái)的中央。我們相信，有黨中央、國務(wù)院正確決策、堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，中國科學(xué)院將“堅(jiān)持空間科學(xué)全國一盤棋”，牽引帶動(dòng)科學(xué)衛(wèi)星平臺(tái)和先進(jìn)有效載荷技術(shù)的跨越，實(shí)現(xiàn)我國空間科學(xué)衛(wèi)星系列的長期可持續(xù)發(fā)展，為加快建成航天強(qiáng)國作出不可或缺的歷史性貢獻(xiàn)。

致謝感謝中國科學(xué)院重大科技任務(wù)局局長丁赤飚院士對(duì)本文的指導(dǎo)；感謝中國科學(xué)院學(xué)部重點(diǎn)項(xiàng)目“建設(shè)空間科學(xué)強(qiáng)國的主要途徑和政策建議”的支持。