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(qiáng)國(guó)，是我們不懈追求的航天夢(mèng)。而每每談及在創(chuàng)新發(fā)展快車道上高歌猛進(jìn)的中國(guó)航天，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)卻是大家有點(diǎn)兒熟悉又略感陌生的名字。說熟悉，是因?yàn)槲蚩漳�子慧眼�?shí)踐十號(hào)微笑計(jì)劃等系列科學(xué)衛(wèi)星已越來越頻繁地出現(xiàn)在黨和國(guó)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(xiàng)攻關(guān)創(chuàng)新的部分成果；說陌生，是因?yàn)榭臻g科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)是中國(guó)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(guó)航天事業(yè)相比，可謂陽光少年一枚。

少年強(qiáng)則國(guó)強(qiáng)。空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)實(shí)施伊始，就確立了堅(jiān)持科學(xué)目標(biāo)牽引、實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破的初心，扛起了加速我國(guó)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(xiàng)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(jià)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(guó)的空間科學(xué)探索和實(shí)驗(yàn)。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(zhēng)取到工程實(shí)施的機(jī)會(huì)，但它們構(gòu)成了我國(guó)空間科學(xué)跨越騰飛的堅(jiān)實(shí)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(shí)。

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(tái)研究宏觀和微觀世界的前沿交叉學(xué)科，是1957年人類社會(huì)進(jìn)入太空時(shí)代的產(chǎn)物。其突出特征是利用科學(xué)衛(wèi)星、深空探測(cè)器或空間站等平臺(tái)，進(jìn)行空間天文、日球?qū)游锢�、行星科學(xué)和空間地球科學(xué)觀測(cè)與研究，開展空間環(huán)境下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)天體生物學(xué)、系外行星探測(cè)和地外生命探尋，支持載人深空探索。其核心價(jià)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(shí)。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(jiǎng)級(jí)的重大發(fā)現(xiàn)和原創(chuàng)科學(xué)成果，拓展了人類對(duì)自然世界的認(rèn)知邊界，不斷更新人類的知識(shí)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(guó)航天活動(dòng)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(jiǎn)而言之，空間科學(xué)任務(wù)指的是為了實(shí)現(xiàn)既定的科學(xué)探索目標(biāo)，針對(duì)科學(xué)衛(wèi)星（廣義，包括地球軌道科學(xué)衛(wèi)星、深空探測(cè)器和空間站等航天器，以下同）或搭載其他航天器平臺(tái)的科學(xué)載荷（如天宮二號(hào)搭載的伽馬暴偏振探測(cè)儀POLAR）所開展的，從規(guī)劃、遴選、立項(xiàng)、研制、發(fā)射，到科學(xué)運(yùn)行或?qū)嶒?yàn)、完成數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)出原創(chuàng)成果的全生命周期的科研活動(dòng)。

可以看出，空間科學(xué)任務(wù)構(gòu)成了完整的創(chuàng)新價(jià)值鏈，具有體現(xiàn)國(guó)家意志、投資大、用時(shí)長(zhǎng)，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(diǎn)。為遂行科學(xué)高效的管理，常從投資占比和研發(fā)耗時(shí)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(xiàng)目。實(shí)際上，為便于國(guó)際合作交流，對(duì)比美國(guó)和歐洲的相關(guān)管理實(shí)踐，可以看出前者相當(dāng)于美國(guó)國(guó)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(shí)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(jià)值鏈最后1公里。

為推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展，在國(guó)家相關(guān)部委的支持下，中國(guó)科學(xué)院經(jīng)過長(zhǎng)期的探索和創(chuàng)新，強(qiáng)化了對(duì)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(guó)空間科學(xué)任務(wù)創(chuàng)新價(jià)值鏈，并成功輻射帶動(dòng)了國(guó)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(guó)科學(xué)院就開始通過院創(chuàng)新重要方向項(xiàng)目，支持面向全國(guó)高校院所和行業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)的空間科學(xué)研究課題，形成了中國(guó)至2050年空間科技發(fā)展路線圖。2010年3月，國(guó)務(wù)院第 105 次常務(wù)會(huì)議審議通過，同意中國(guó)科學(xué)院組織實(shí)施戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)。2011年1月，經(jīng)中國(guó)科學(xué)院黨組會(huì)審議通過，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)立項(xiàng)啟動(dòng)實(shí)施，旨在最具優(yōu)勢(shì)和最具重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)潛力的科學(xué)熱點(diǎn)領(lǐng)域，通過自主和國(guó)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，充分發(fā)揮空間科學(xué)在國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(xiàng)部署了暗物質(zhì)衛(wèi)星、量子衛(wèi)星、實(shí)踐十號(hào)和HXMT衛(wèi)星4個(gè)科學(xué)衛(wèi)星工程項(xiàng)目；同時(shí)還部署了一批空間科學(xué)背景型號(hào)和預(yù)先研究項(xiàng)目。為加快實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)提出并補(bǔ)齊了中國(guó)航天空間科學(xué)基礎(chǔ)研究的空白，通過中國(guó)科學(xué)院國(guó)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(shí)踐十號(hào)慧眼的科學(xué)數(shù)據(jù)分析研究，并推動(dòng)在科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃設(shè)立空間科學(xué)重點(diǎn)專項(xiàng)規(guī)則項(xiàng)目，支持我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星、深空探測(cè)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(jià)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(xiàng)目是與空間科學(xué)衛(wèi)星工程相對(duì)的一類研究項(xiàng)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(xiàng)目、空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目、空間科學(xué)背景型號(hào)項(xiàng)目和空間科學(xué)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。

實(shí)際上，迄今空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)已部署支持了逾260項(xiàng)空間科學(xué)預(yù)研課題，60家以上的中國(guó)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(guó)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(shí)的預(yù)研工作，不斷凝練科學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化探測(cè)方案，完成關(guān)鍵技術(shù)原理驗(yàn)證和初步攻關(guān)，使之轉(zhuǎn)化為有望工程實(shí)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(xiàng)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(xiàng)目就是供給它們的試驗(yàn)田，空間科學(xué)背景型號(hào)項(xiàng)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(chǎng)。播一粒粟，收滿倉(cāng)谷。實(shí)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(dòng)空間科學(xué)衛(wèi)星系列的起步和工程實(shí)施奠定了重要基礎(chǔ)，同時(shí)亦為深空探測(cè)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(guó)科學(xué)家開展世界級(jí)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(guó)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(guó)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(cè)技術(shù)道路上的辛勤努力。從本書可以看出，我國(guó)空間科學(xué)家勇于直面極端宇宙、時(shí)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(guó)有基礎(chǔ)、有優(yōu)勢(shì)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(dú)到的思考和大膽的創(chuàng)新，也有與航天強(qiáng)國(guó)同臺(tái)競(jìng)技、只爭(zhēng)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(shí)際過程，記錄歷史，保護(hù)原創(chuàng)。實(shí)際上，每一個(gè)課題都形成了較完整的科研檔案，幾乎可以單獨(dú)成冊(cè)。但是限于篇幅，我們僅擷取課題亮點(diǎn)，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(guó)人的新貢獻(xiàn)。

（六）致謝。

為加速我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展，2015年中央機(jī)構(gòu)編制委員會(huì)辦公室批復(fù)同意原中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心正式更名為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心（簡(jiǎn)稱空間中心），作為我國(guó)空間科學(xué)及其衛(wèi)星項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院月球與深空探測(cè)任務(wù)的總體性研究機(jī)構(gòu)、我國(guó)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(guó)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(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的組織與實(shí)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(shí)驗(yàn)工作。

空間科學(xué)與深空探測(cè)規(guī)劃論證中心（簡(jiǎn)稱論證中心）作為負(fù)責(zé)空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)管理的總體部門，具體負(fù)責(zé)了空間科學(xué)預(yù)研項(xiàng)目的管理。在我國(guó)空間科學(xué)界的大力支持下，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)已成功實(shí)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(guó)際影響，空間科學(xué)預(yù)研項(xiàng)目為十四五乃至2035年空間科學(xué)任務(wù)的遴選和實(shí)施提供了重要的輸入。

為了總結(jié)和回顧我國(guó)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(xiàng)預(yù)研工作的論證中心，在專項(xiàng)負(fù)責(zé)人吳季、王赤的領(lǐng)導(dǎo)下，歷時(shí)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(dòng)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(xiàng)目管理工作和具體編輯工作的白青江、李明、時(shí)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(xiàng)目眾多且距離各項(xiàng)目結(jié)題時(shí)間較長(zhǎng)，書中可能仍存在不少遺漏，我們懇請(qǐng)各項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和讀者-批評(píng)指正，以便再版時(shí)做出更正。

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

吳季王赤

2024年5月30日