空间科学的起源与定义 从1957年10月发射第一颗人造卫星开始，人类就进入了太空时代。对空间开展直接研究的新学科——空间研究（Space Research）应运而生。 伴随着人类进入太空的步伐逐渐发展，空间科学成为一个新兴的、交叉的，且包含众多学科分支（空间物理学、空间天文学、行星科学、空间地球科学、微重力和空间生命科学，以及基础物理试验）的科学领域。如果用一句话来定义空间科学，就是：利用航天器为主要平台，研究发生在日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理学、天文学、化学和生命科学等自然现象及其规律的综合性交叉学科。 科学卫星任务的特点 科学卫星以突破重大科学前沿为首要目标。与载人航天和深空探测任务不同，科学卫星是以科学目标为最主要目标的航天任务。自人类进入太空开始，科学卫星就是一类非常独特，并且始终占有主要航天国家和机构部分预算的重要任务类型。在美国国家航空航天局（NASA），科学卫星的预算在全部预算中大约占30%。在欧洲空间局（ESA），科学卫星（不包括空间地球科学、微重力科学和空间生命科学）占全部预算的约15%。 科学卫星以科学目标的重大性为主要立项标准。虽然并没有把公众的关注度放在首位，但是一旦其实现了重大科学发现，或科学前沿的重大突破，特别是一旦其成果获得了诺贝尔科学奖，将会产生更加突出的公众效应。实际上，自人类进入太空时代以来，已经有大约10个科学卫星取得的科学成果获得了诺贝尔奖。因此，科学卫星在立项遴选时，需要特别关注其科学目标的重大性。 科学卫星根据其科学目标的需求，可以选择任意轨道，如大椭圆地球轨道、月球轨道、日地系统拉格朗日点轨道、脱离黄道面的太阳极轨，以及其他行星际轨道。科学卫星上的科学载荷，往往要突破观测和探测精度的极限，从而获得超过前人的数据精度，实现科学发现。因此，每颗科学卫星对空间技术都有其特殊的需求，往往并不重复。这对航天工程设计师特别是科学有效载荷的设计师会提出挑战，并对航天技术发展有很强的带动作用。但是评价一颗科学卫星是否成功的标准，绝不是它实现了哪些技术突破和创新，而是它是否有新的科学发现和对已知理论的修正甚至突破。如果是以技术突破和试验为主，科学研究为辅的卫星任务，则不应被称为是科学卫星，而应称其为技术试验卫星。 未来发展 科学卫星实现可持续发展的要点是要有重大科学产出。因此，为了确保科学产出的最大化，应该对科学卫星的科学产出进行全价值链的管理，包括从战略规划、项目建议、遴选、预研、遴选、背景型号、遴选、立项、设计、试验、生产、发射、在轨测试、运行、任务总结的全过程。在每一个阶段，都应该有确保科学产出最大化的措施。 科学卫星需要设立首席科学家。与载人航天中的单项试验的科学家，以及深空探测任务的首席科学家不同，科学卫星的首席科学家应该具有一票否决权。这是因为科学卫星的目标是以科学产出的重大性为衡量标准的，而首席科学家是对此目标负责的最终责任人。 目前，我国的科学卫星在中国科学院和国家航天局都有规划，但是要想使其得到可持续的发展，必须确保其科学产出的重大化。因此，需要相关管理部门认真研究在科学卫星项目的各个阶段如何来确保科学产出最大化的措施。 （文章摘编自《中国科学院院刊》2022年第11期，原标题：载人航天、深空探测和科学卫星三类任务中的空间科学。作者吴季系中国科学院国家空间科学中心学术委员会主任、研究员。） |
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