打通空間科學(xué)發(fā)展“最后一公里”?國家自然科學(xué)基金資助空間科學(xué)回眸與展望

侯增謙 姚玉鵬 董國軒 于 晟

國家自然科學(xué)基金委員會 北京 100085

空間科學(xué)是依托航天器為主要工作平臺，研究發(fā)生在地球、太陽系乃至整個宇宙的物理、化學(xué)和生命等自然現(xiàn)象及其規(guī)律的科學(xué)。發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星等航天器是空間科學(xué)發(fā)展的重頭戲，工程研制發(fā)射過程需要巨大投資，但獲取空間探測數(shù)據(jù)并開展基礎(chǔ)研究，進而揭示宇宙奧秘，才是空間科學(xué)的終極目標(biāo)。與航天工程相比，基礎(chǔ)研究所需經(jīng)費要小得多，常有數(shù)量級的差別。在我國，空間科學(xué)、空間應(yīng)用和空間技術(shù)三者之間投入比例尚欠合理，故有專家早在 20 世紀(jì) 90年代就呼吁將空間科學(xué)的經(jīng)費提升到空間活動的 15%[1]。然而，在我國的現(xiàn)行投入體制下，航天工程經(jīng)費不能用于科學(xué)研究。因此，打造完整閉環(huán)的空間科學(xué)發(fā)展鏈條，除了實施空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)外，必須同步支持空間科學(xué)基礎(chǔ)研究，具有特別重要的意義！

與飛速發(fā)展的中國航天事業(yè)相比，我國空間科學(xué)的發(fā)展相對遲緩。在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，我國沒有專用的空間科學(xué)衛(wèi)星，空間科學(xué)也僅僅作為地球科學(xué)、天文學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科的新興前沿，研究隊伍規(guī)模體量有限，開展相關(guān)基礎(chǔ)研究的經(jīng)費需求還不特別凸顯。但進入 21 世紀(jì)，隨著中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“空間科學(xué)”系列科學(xué)衛(wèi)星的發(fā)射升空，以及國家載人航天與探月工程的成功實施，特別是航天事業(yè)正在實現(xiàn)“由工程驅(qū)動向科學(xué)驅(qū)動”戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的今天，誰來接棒我國空間科學(xué)發(fā)展的“最后一公里”，就成了不可回避的焦點問題。

國家自然科學(xué)基金委員會（以下簡稱“基金委”）作為我國基礎(chǔ)研究的資助主渠道，自 1986年成立后就始終關(guān)注著我國空間科學(xué)的成長，對其資助也在不斷加強——從零星支持科學(xué)家利用國際數(shù)據(jù)開展探索研究，到 21 世紀(jì)以來制定發(fā)展戰(zhàn)略并納入優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，日益強化對我國空間科學(xué)任務(wù)的專項支持，這使得我國空間科學(xué)持續(xù)產(chǎn)出了一批有國際影響力的原創(chuàng)成果，培養(yǎng)了一批空間科學(xué)領(lǐng)軍人才和優(yōu)秀骨干。

習(xí)近平總書記指出，基礎(chǔ)研究是整個科學(xué)體系的源頭。《國務(wù)院關(guān)于全面加強基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見》，科學(xué)技術(shù)部、國家發(fā)展和改革委員會、教育部、中國科學(xué)院和基金委等五部門聯(lián)合制定的《加強“從 0 到 1”基礎(chǔ)研究工作方案》等重要文件的印發(fā)和實施，則為新時代的基礎(chǔ)研究提供了前所未有的重要指導(dǎo)和歷史機遇。站在“兩個百年”奮斗目標(biāo)的歷史交匯點上，對基金委來說，支持與發(fā)揮好空間科學(xué)任務(wù)這一國之重器的關(guān)鍵作用，持續(xù)開展并不斷加強國際關(guān)注的前沿科學(xué)研究，率先在空間科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多“從 0 到 1”的突破，既是重大挑戰(zhàn)，也是事半功倍遂行歷史使命的自然選擇。

1 科學(xué)基金資助空間科學(xué)情況回眸

與“數(shù)理化天地生”等傳統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)科相比，空間科學(xué)更準(zhǔn)確地說是一個領(lǐng)域。一方面，它并未直接出現(xiàn)在國家的學(xué)科專業(yè)三級目錄中，而是廣泛涉及理學(xué)、工學(xué)和醫(yī)學(xué)等 3 個門類、17 個一級學(xué)科、逾 30 個二級學(xué)科；另一方面，人們又習(xí)慣上將空間科學(xué)分為太陽物理和空間物理學(xué)、空間天文學(xué)、月球與行星科學(xué)、空間地球科學(xué)、空間生命科學(xué)、微重力科學(xué)等分支領(lǐng)域[2]。

從國家自然科學(xué)基金資助的角度來看，空間科學(xué)研究項目主要來自基金委地球科學(xué)部和數(shù)學(xué)物理科學(xué)部，2020年基金委交叉科學(xué)部新成立后亦有項目安排。實際上，國家自然科學(xué)基金聚焦基礎(chǔ)、前沿、人才，注重創(chuàng)新團隊和學(xué)科交叉，通過現(xiàn)行結(jié)構(gòu)合理、功能完備的資助體系，持續(xù)支持我國科學(xué)家開展空間科學(xué)研究，已成為科研人員開展原始創(chuàng)新研究的經(jīng)費“壓艙石”，為支持我國空間科學(xué)的源頭創(chuàng)新、成果產(chǎn)出和接續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻（表 1）。

表1 空間科學(xué)領(lǐng)域國家自然科學(xué)基金主要資助類型累計情況統(tǒng)計（截至2021年）Table 1 Statistics of typical types of funding for space science by NSFC (up to 2021)

1.1 持續(xù)開展學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究

國家自然科學(xué)基金除均衡、穩(wěn)定地支持各學(xué)科發(fā)展外，還通過戰(zhàn)略研究，制定科學(xué)發(fā)展規(guī)劃，通過優(yōu)先領(lǐng)域的引導(dǎo)作用，對重要研究方向加大支持力度。

早在 2000年，基金委地球科學(xué)部在《走向 21 世紀(jì)的中國地球科學(xué)》[3]和《國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究報告》基礎(chǔ)上，分析國內(nèi)外研究狀況，對地球科學(xué)發(fā)展趨勢進行了判斷，指出 21 世紀(jì)應(yīng)以地球系統(tǒng)科學(xué)為指導(dǎo)，探討地球系統(tǒng)的整體行為；同時，提出了 7 個優(yōu)先領(lǐng)域，包括“日地空間環(huán)境與空間天氣”，作為地球科學(xué)部重點項目資助指南方向，穩(wěn)定支持空間科學(xué)相關(guān)的重點項目。

2009年初，基金委與中國科學(xué)院學(xué)部啟動合作協(xié)議，共同開展未來 10年我國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究和國家自然科學(xué)基金“十二五”發(fā)展規(guī)劃制定工作；該合作對我國基礎(chǔ)研究的長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。空間科學(xué)與地球科學(xué)、資源環(huán)境科學(xué)和海洋科學(xué)等列入該項工作中的 18 個主要學(xué)科領(lǐng)域之一?；鹞椭袊茖W(xué)院共同組織專家，全面梳理了國際和我國空間科學(xué)及各分支領(lǐng)域的歷史、現(xiàn)狀和趨勢，提出了我國到 2035年及 21 世紀(jì)中葉的發(fā)展目標(biāo)、關(guān)鍵科學(xué)問題、發(fā)展戰(zhàn)略和部署建議[4]。其中，明確了空間太陽物理、空間物理與空間環(huán)境、行星與太陽系探測、微重力科學(xué)和空間大地測量等 5 個重點發(fā)展方向及相關(guān)的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。以此為基礎(chǔ)，空間科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究一直持續(xù)開展，對于準(zhǔn)確把握世界空間科學(xué)前沿發(fā)展態(tài)勢、夯實中國空間科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)生了重要的指導(dǎo)作用[5]。

2019年，基金委地球科學(xué)部啟動了“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略研究，在 18 個學(xué)科中率先完成了《2021—2030地球科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略：宜居地球的過去、現(xiàn)在和未來》戰(zhàn)略研究報告，對未來 20年的學(xué)科發(fā)展進行了新一輪戰(zhàn)略謀劃[6]。以此為指導(dǎo)，地球科學(xué)部制定了“三深一系統(tǒng)”（深地、深海、深空與地球系統(tǒng)科學(xué)）總體布局，對空間科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域在地球系統(tǒng)科學(xué)中的角色更為重視。在其中的 21 個重大基礎(chǔ)科學(xué)問題中，直接與空間科學(xué)相關(guān)的有 6 個，包括“深空環(huán)境日地多圈層、多尺度耦合過程和物理機制”“類地行星地質(zhì)活動、空間環(huán)境和大氣逃逸”“地外小天體撞擊預(yù)測、規(guī)避與評估”“系外宜居行星探測”“深空資源與深空經(jīng)濟”“深空環(huán)境與深空探測器安全”等；此外，還提出了“空間天氣自動識別”“系外行星探測”等技術(shù)支撐相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究方向?；鹞瘮?shù)學(xué)物理科學(xué)部也進行了相應(yīng)的戰(zhàn)略研究和前瞻布局。

在基金委“十四五”規(guī)劃中，對空間科學(xué)的發(fā)展提出了總體目標(biāo)：建立健全天基、地基和實驗室多種觀測能力和研究手段，加強以國家需求為導(dǎo)向的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)研究及以科學(xué)問題為導(dǎo)向的原始性創(chuàng)新自由探索，進一步促進學(xué)科交叉和集成研究。到 2025年，實現(xiàn)對現(xiàn)有空間科學(xué)科研資源的優(yōu)化、整合和增強。同時，還圍繞支撐行星宜居性及演化研究，提出了一批“十四五”期間的重點支持方向，主要包括：日地空間環(huán)境和空間天氣，行星際空間環(huán)境對行星宜居性的影響，行星大氣及其對宜居性的影響，宜居行星物質(zhì)來源及揮發(fā)分演化，近地小行星物質(zhì)特性與天體運動規(guī)律、撞擊效應(yīng)與環(huán)境影響機理，太陽爆發(fā)活動及其行星際傳輸和太陽周行為，地表環(huán)境災(zāi)變及其與太陽及行星活動的關(guān)系，太陽風(fēng)-磁層-電離層-中高層大氣的多時空尺度結(jié)構(gòu)、演化和耦合過程，空間天氣、空間氣候和日地聯(lián)系的基本物理過程，空間天氣預(yù)報和災(zāi)害性空間天氣預(yù)警的模式和方法，以及空間天氣對航空航天、通信導(dǎo)航等的影響等。

這些科學(xué)性、戰(zhàn)略性和前瞻性研究對空間科學(xué)學(xué)科的定位、內(nèi)涵、主要發(fā)展目標(biāo)和前沿研究領(lǐng)域作出了較為全面的深刻思考，對國家自然科學(xué)基金空間科學(xué)的資助布局具有重要的指導(dǎo)意義，為未來空間科學(xué)的發(fā)展及其在地球系統(tǒng)科學(xué)框架中與其他學(xué)科的關(guān)系提供了總體思路。

1.2 常規(guī)項目資助情況分析

這里，僅以空間科學(xué)領(lǐng)域申報獲批的國家自然科學(xué)基金重大項目和國家杰出青年科學(xué)基金項目作為基礎(chǔ)和人才兩類項目的代表，進行常規(guī)項目資助情況分析。

與相關(guān)研究結(jié)論[7]吻合，空間科學(xué)領(lǐng)域國家自然科學(xué)基金重大項目選題大多來自基金委與中國科學(xué)院持續(xù)完成的“空間科學(xué)”學(xué)科規(guī)劃，更關(guān)注國際空間科學(xué)前沿和國家發(fā)展空間科學(xué)的重大戰(zhàn)略需求，相關(guān)科學(xué)問題的凝練非常具有基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性（表 2）。通過超前部署和多學(xué)科交叉及綜合性研究，這些項目充分發(fā)揮了支撐和引領(lǐng)作用，對推動我國空間科學(xué)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)展和重大空間科學(xué)任務(wù)立項實施起到了深遠(yuǎn)影響。

表2 空間科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域獲批國家自然科學(xué)基金重大項目和基礎(chǔ)科學(xué)中心項目簡表（截至2021）Table 2 Summary of major projects and basic science centers on space science funded by NSFC (up to 2021)

根據(jù)國家杰出青年科學(xué)基金項目的定位，一批在空間科學(xué)基礎(chǔ)研究方面已取得突出成績的青年學(xué)者，直面世界空間科學(xué)最具挑戰(zhàn)的難題，自主選擇研究方向開展創(chuàng)新研究。迄今為止，己有25位科學(xué)家獲得國家杰出青年科學(xué)基金資助。通過這些項目的實施，他們已成長為所在領(lǐng)域的優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人，成為我國進入世界空間科學(xué)前沿的突出代表，多人次擔(dān)任國際主要空間科學(xué)組織的重要崗位職務(wù)、有國際影響力的國際學(xué)術(shù)活動的主要領(lǐng)導(dǎo)和召集人，顯著增大了我國空間科技的國際話語權(quán)和影響力。

1.3 重大科研儀器設(shè)備研制支持未來空間科學(xué)任務(wù)

現(xiàn)代科學(xué)是從測量開始的，科學(xué)儀器是認(rèn)識世界的工具?？臻g科學(xué)是以觀測和實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，它對探測數(shù)據(jù)的依賴，意味著其發(fā)展必需關(guān)注有效載荷技術(shù)，將研發(fā)創(chuàng)新納入發(fā)展范疇一并考慮。工欲善其事，必先利其器?？臻g科學(xué)發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、探索新規(guī)律、挑戰(zhàn)新極限的本性，對發(fā)展先導(dǎo)的、尖端的、顛覆性的有效載荷技術(shù)提出了強勁需求。

實際上，基金委除了資助空間科學(xué)基礎(chǔ)理論研究、數(shù)據(jù)分析與建模外，還利用 2010年設(shè)立“國家重大科研儀器研制項目”，資助了一批重要項目（表 3）。目前，該項目已成為發(fā)展先進的空間科學(xué)探測有效載荷的重要資助渠道。值得說明的是，國家自然科學(xué)基金的確不支持空間科學(xué)任務(wù)工程研發(fā)；但是，以科學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向、研制具有原創(chuàng)性科學(xué)思想的探索性科研儀器——有效載荷（原理樣機），可為空間科學(xué)提供更新穎的手段和工具，提升我國空間科學(xué)任務(wù)的原始創(chuàng)新能力，恰恰是符合國家自然科學(xué)基金定位和要求的，值得廣大空間科學(xué)人員關(guān)注。

表3 空間科學(xué)領(lǐng)域獲批國家重大科研儀器設(shè)備研制項目簡表（截至2021年）Table 3 Brief of major scientific instrument and equipment projects on space science by NSFC (up to 2021)

例如，揭示耀斑爆發(fā)機制是太陽物理前沿之一。國家自然科學(xué)基金支持的“星載太陽耀斑毫米波輻射探測譜儀”對厘米—毫米頻段內(nèi)太陽耀斑輻射頻譜的精確測量，有望打開相應(yīng)耀斑觀測窗口，產(chǎn)生嶄新科學(xué)數(shù)據(jù)，并將之用于耀斑高能物理研究，對揭秘耀斑過程中幾百 keV 至 MeV 能量級別的“殺手”電子物理性質(zhì)及其加速機制、構(gòu)建空間天氣災(zāi)害預(yù)警預(yù)報模型具有重要意義。太陽物理學(xué)是我國有基礎(chǔ)、有優(yōu)勢的空間科學(xué)子領(lǐng)域之一，該項目的實施有望為我國未來空間太陽立體探測任務(wù)提供先進的載荷。

1.4 圍繞重大空間科學(xué)任務(wù)的專項項目安排

進入 21 世紀(jì)，中國航天事業(yè)迅猛發(fā)展。載人航天與探月工程不斷取得重要工程成就，但是它們的科學(xué)應(yīng)用問題原本不屬于工程任務(wù)范疇，亟待探尋資助渠道對相關(guān)自主科學(xué)探測數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)性攻關(guān)研究。為此，基金委與國家國防科技工業(yè)局進行了有益探索和成功合作。以中國探月工程任務(wù)為例：

“嫦娥四號”是國際上首次在月球背面實施著陸與巡視探測的國家重大科技任務(wù)。2018年12 月成功發(fā)射的“嫦娥四號”探測器著陸于月球上規(guī)模最大、形成時代最老的撞擊盆地（南極-艾肯盆地），有效規(guī)避了地球周圍人造天體電磁波輻射的干擾，對揭示月球的深部物質(zhì)組成和最早期撞擊歷史、行星與太陽爆發(fā)的低頻射電天文觀測等具有重大科學(xué)價值。因此，基金委于 2019年3 月啟動了專項項目，開展“嫦娥四號”任務(wù)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)研究①2019年度專項項目嫦娥四號任務(wù)科學(xué)研究項目指南. (2019-03-14). https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab805/info77263.htm.。

此后，2021年11 月基金委地球科學(xué)部又專門召開“探月工程科學(xué)研究”戰(zhàn)略研討會②國家自然科學(xué)基金委員會地球科學(xué)部“探月工程科學(xué)研究”戰(zhàn)略研討會順利召開. (2021-12-17). https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab440/info82232.htm.，對“嫦娥五號”月球樣品及未來研究進行深入系統(tǒng)討論，梳理相關(guān)的科學(xué)問題，初步形成了國家自然科學(xué)基金資助總體框架，有目的、有計劃地長期、穩(wěn)定支持探月方面的研究，力爭取得一批世界領(lǐng)先的成果和培養(yǎng)一支優(yōu)秀的人才隊伍，為國家深空探測戰(zhàn)略提供支持。

2 支持我國空間科學(xué)不斷取得重大進展

作為基礎(chǔ)前沿和重大科學(xué)問題的突破口，空間科學(xué)以取得新發(fā)現(xiàn)、揭示新規(guī)律、產(chǎn)出新知識、催生新觀念為目標(biāo)。進入 21 世紀(jì)，科學(xué)驅(qū)動的航天任務(wù)逐漸進入中國航天發(fā)展的視野?！半p星計劃”是我國第一個以科學(xué)目標(biāo)立項的空間任務(wù)[8]。中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“空間科學(xué)”（以下簡稱“空間科學(xué)”先導(dǎo)專項）建立了我國科學(xué)衛(wèi)星系列。國家自然科學(xué)基金在推動“雙星計劃”立項、倍增“空間科學(xué)”先導(dǎo)專項成果產(chǎn)出方面作出了不可或缺的重要貢獻。

2.1 助力我國學(xué)者引領(lǐng)世界空間科學(xué)前沿

在基金委地球科學(xué)部，空間物理其實是相對較小的學(xué)科。但是隨著世界航天在千禧年后的迅猛發(fā)展，空間環(huán)境和災(zāi)害性空間天氣對高技術(shù)系統(tǒng)和人類社會的影響日益不容忽視，成為空間物理前沿和國家重大需求。

2003年國家自然科學(xué)基金重大項目“地球空間暴多尺度物理過程研究”獲批，之后多位空間物理青年才俊先后獲得國家杰出青年基金項目資助。該項目有力支持了同期發(fā)射的“雙星計劃”，同時通過中歐“雙星-星簇（Cluster II）計劃”的國際合作，推動了我國空間物理和等離子體物理研究人員的快速成長，使之成為開展空間物理研究的主力、參與國際科學(xué)衛(wèi)星計劃的骨干，并取得了一系列有國際影響力的重要成果。2006年由北京大學(xué)濮祖蔭主持的“雙星-星簇計劃”中國科學(xué)工作隊通過對地球磁場三維磁重聯(lián)的多點衛(wèi)星探測，首次發(fā)現(xiàn)了自然界中存在的磁場零點，該項發(fā)現(xiàn)被Nature Physics評價為這一研究領(lǐng)域中“極其重要的”進展。2010年，“雙星”與“星簇”聯(lián)合團隊獲得國際宇航科學(xué)院頒發(fā)的杰出團隊成就獎，“雙星計劃”獲得中國國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

國家自然科學(xué)基金對中國探月工程科學(xué)研究的支持也產(chǎn)出了有國際影響的系列原創(chuàng)成果?；凇版隙鹚奶枴毖惨暺鳙@取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數(shù)據(jù)，我國科學(xué)家首次在月表原位識別出了年齡在 1 Ma 以內(nèi)的碳質(zhì)球粒隕石撞擊體殘留物[9]，被譽為中國人在月球背面發(fā)現(xiàn)“天外來客”?！版隙鹞逄枴比蝿?wù)的完成為中國探月工程“繞、落、回”三步走發(fā)展規(guī)劃畫上了圓滿句號；而我國多個科學(xué)團隊對“嫦娥五號”月球樣品開展的高水平研究，第一批成果剛發(fā)布就引起廣泛關(guān)注。例如，我國科學(xué)家不僅證明了月球直至 19.6 億年前仍存在巖漿活動，將此前已知的月球地質(zhì)壽命延長了約 10 億年，為完善月球演化歷史提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)[10]；還證明“嫦娥五號”月球樣品為一類新的月海玄武巖，其晚期巖漿活動的源區(qū)并不富集放射性元素，排除了“嫦娥五號”著陸區(qū)巖石初始巖漿熔融熱源來自放射性生熱元素克里普礦物（KREEP）的主流假說，揭示了月球晚期巖漿活動過程[11]。

2.2 助力我國科學(xué)衛(wèi)星系列持續(xù)產(chǎn)出重要空間科學(xué)成果

2016年5 月習(xí)近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會、兩院院士大會、中國科協(xié)第九次全國代表大會上強調(diào)，浩瀚的空天還有許多未知的奧秘有待探索，必須推動空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展。2017年5 月基金委-中國科學(xué)院簽署空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金合作協(xié)議，首批投入經(jīng)費 1.6 億元，雙方各出資 1/2，面向全國的空間科學(xué)隊伍，依托來自“空間科學(xué)”先導(dǎo)專項支持的首批 4 顆空間科學(xué)衛(wèi)星——暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”、“實踐十號”返回式科學(xué)實驗衛(wèi)星、量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”、硬 X 射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”，開展前沿與交叉科學(xué)研究。

令人欣慰的是，空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金實施以來不斷發(fā)布重要原創(chuàng)成果。例如，2021年5 月，繼精確測量電子能譜[12]、繪制高能質(zhì)子宇宙射線能譜[13]后，“悟空”第三次發(fā)布重要科學(xué)成果，繪出迄今最精確的高能氦原子核宇宙射線能譜[14]，并觀察到能譜新結(jié)構(gòu)，這標(biāo)志我國在空間高能粒子探測方面已躋身世界最前列。“實踐十號”深化了微重力顆粒分聚和煤粉燃燒、材料制備等機理認(rèn)識[15]。2022年7 月，“慧眼”最近在編號為 Swift J0243.6+6124 的中子星 X 射線雙星發(fā)現(xiàn)能量高達 146 keV 的回旋吸收線，對應(yīng)超過 1.6 GT 的中子星表面磁場。這是繼 2020年直接測量到約 1 GT 的宇宙最強磁場之后，“慧眼”再次大幅度刷新最高能量回旋吸收線和宇宙最強磁場直接測量的世界紀(jì)錄[16]?！澳犹枴痹趪H上率先完成了一系列具有開創(chuàng)意義的星-地量子科學(xué)實驗，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，并牢牢占據(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]。

3 未來展望與思考

當(dāng)前，新一輪科技革命蓬勃興起，科研范式和組織模式深刻變革，交叉融合成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展潮流，應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)和滿足國家重大需求對源頭創(chuàng)新的需求更加迫切。國家對基礎(chǔ)研究高度重視并寄予厚望，基礎(chǔ)研究迎來了難得的歷史機遇和前所未有的巨大挑戰(zhàn)。空間科學(xué)作為使命驅(qū)動的建制化基礎(chǔ)研究，通過國家自然科學(xué)基金資助實現(xiàn)空間任務(wù)的科學(xué)突破“初心”，迎來新機遇。

3.1 抓住科學(xué)基金改革機遇，厚植空間科學(xué)大突破基礎(chǔ)

2019年以來，基金委根據(jù)國際科技發(fā)展態(tài)勢和改善國家自然科學(xué)基金管理的需要，推出了系統(tǒng)性的改革方案——明確資助導(dǎo)向、完善評審機制和優(yōu)化學(xué)科布局，加強關(guān)鍵科學(xué)問題凝練，推進學(xué)科交叉融合研究。基金委地球科學(xué)部把握系統(tǒng)性和整體性要求，貫徹頂層設(shè)計和發(fā)展戰(zhàn)略，梳理科學(xué)前沿，研判發(fā)展態(tài)勢，關(guān)注地球科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新和研究范式變革端倪，對學(xué)科結(jié)構(gòu)和發(fā)展戰(zhàn)略提出新見解；以“三深一系統(tǒng)”的前沿新構(gòu)思和戰(zhàn)略部署頂層設(shè)計為指導(dǎo)，提出了以“地球宜居性的過去、現(xiàn)今和未來”為核心的優(yōu)先領(lǐng)域布局[18]?；鹞瘮?shù)學(xué)物理科學(xué)部也對新時代我國天文學(xué)科發(fā)展進行了深入的思考，支持建造一批有競爭力的觀測設(shè)備、支持天文交叉學(xué)科發(fā)展，并增加了天文學(xué)科資助的渠道[19]。

空間科學(xué)領(lǐng)域要積極響應(yīng)國家自然科學(xué)基金系統(tǒng)性改革，深度融入國家自然科學(xué)基金發(fā)展戰(zhàn)略，把握機遇厚植未來突破基礎(chǔ)。深刻認(rèn)識到深空視野下的地球宜居性，既是對人類傳統(tǒng)認(rèn)知的挑戰(zhàn)，也要回答諸多與滿足宜居需求相關(guān)的重大基礎(chǔ)科學(xué)問題、發(fā)展變革性技術(shù)急需的基礎(chǔ)理論。2021年，基金委數(shù)學(xué)物理科學(xué)部與地球科學(xué)部聯(lián)合設(shè)立的“原創(chuàng)探索計劃”項目——“太陽系邊際探測基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵機理研究”，就是很好的例子。該項目將為我國在 21 世紀(jì)引領(lǐng)外日球?qū)犹綔y、開展太陽系考古、開拓星際探測“無人區(qū)”奠定科學(xué)基礎(chǔ)。毋庸諱言，與美歐等航天強國及相關(guān)機構(gòu)相比，我國深空探測不是走得最遠(yuǎn)的，但卻是世界各國中走得最踏實、最有保障的，各項探測計劃都在穩(wěn)步、有序推進中。國家自然科學(xué)基金的前瞻部署，對于“一步一個腳印開啟星際探測新征程”有重要的引領(lǐng)和示范意義。

3.2 聚焦我國航天強國建設(shè)，加速空間科學(xué)率先突破

2021年發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出，加強原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，在事關(guān)國家安全和發(fā)展全局的基礎(chǔ)核心領(lǐng)域，制定實施戰(zhàn)略性科學(xué)計劃和科學(xué)工程，而空天科技就位列其中。航天科技是綜合國力的重要象征之一，空間科學(xué)是航天科技皇冠上的明珠。隨著航天強國和科技強國建設(shè)的加速推進，載人航天與深空探測國家重大專項將愈發(fā)重視空間科學(xué)與應(yīng)用，專用的空間科學(xué)衛(wèi)星系列正在快速接續(xù)發(fā)展。因此，空間科學(xué)作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之一，必須超前謀劃，系統(tǒng)布局。通過國家自然科學(xué)基金的建制化資助，助力我國面向“十四五”乃至 2035年的空間科學(xué)任務(wù)預(yù)期科學(xué)目標(biāo)的達成。

空間科學(xué)發(fā)展需要凝聚多部門的力量共同推進。基金委在設(shè)立聯(lián)合基金，與地方政府、行業(yè)部門和企業(yè)等各方共同資助基礎(chǔ)研究方面已積累了豐富經(jīng)驗。探索設(shè)立空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金是很好的嘗試。未來應(yīng)堅持空間科學(xué)任務(wù)驅(qū)動導(dǎo)向，依托我國已實施或未來將推動的重大空間科學(xué)任務(wù)，加速推進多部委“聯(lián)合”的空間科學(xué)基礎(chǔ)研究基金投入體制，從源頭上解除科研人員面對寶貴的自主探測數(shù)據(jù)缺乏經(jīng)費開展研究的局面，同時也將為規(guī)劃新的空間科學(xué)任務(wù)提供更為雄厚的科學(xué)基礎(chǔ)。其資助的研究內(nèi)容，可圍繞我國空間科學(xué)任務(wù)凝練重要基礎(chǔ)科學(xué)研究方向，如創(chuàng)新的科學(xué)衛(wèi)星（含深空探測器）的任務(wù)概念研究；科學(xué)目標(biāo)深化、探測方案優(yōu)化等預(yù)先研究；已立項/在軌運行衛(wèi)星工程任務(wù)的任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析及科學(xué)研究；創(chuàng)新有效載荷原理樣機研制，及其所需新原理、新技術(shù)、新工藝研究等。

目前，隨著我國航天工程發(fā)展和空間探測能力的迅速提升，我國勢必將越來越多地參與空間科學(xué)國際合作，也將面臨更強烈的國際競爭。建設(shè)世界科技強國，繼續(xù)發(fā)揮新時代新型舉國體制優(yōu)勢，必須堅持空間科學(xué)發(fā)展“全國一盤棋”，各方面集智協(xié)同。國家自然科學(xué)基金將恪守定位，繼續(xù)發(fā)力，推動發(fā)達的空間科學(xué)成為國家高水平科技自立自強的“金鑰匙”。

致謝感謝中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心王赤審閱全文，并給予指導(dǎo)和建議；感謝中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心范全林和宋婷婷對本文的大力支持；感謝國家自然科學(xué)基金委員會地球科學(xué)部和數(shù)學(xué)物理科學(xué)部同仁為本文提供了詳盡的數(shù)據(jù)和資料。