前言
加快孕育空間科學新任務的金種子

習近平總書記指出，探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。而每每談及在創(chuàng)新發(fā)展快車道上高歌猛進的中國航天，空間科學先導專項卻是大家有點兒熟悉又略感陌生的名字。說熟悉，是因為悟空墨子慧眼實踐十號微笑計劃等系列科學衛(wèi)星已越來越頻繁地出現(xiàn)在黨和國家的重要文件中，它們的科學成果也被各類新媒體關注和傳播，成為青少年和公眾熱追的高科技網紅，而這些僅是空間科學先導專項攻關創(chuàng)新的部分成果；說陌生，是因為空間科學先導專項是中國航天空間科學拼圖的新生力量，從2011年呱呱墜地至今也就13歲，與近70年發(fā)展史的中國航天事業(yè)相比，可謂陽光少年一枚。

少年強則國強�？臻g科學先導專項實施伊始，就確立了堅持科學目標牽引、實現(xiàn)重大原創(chuàng)突破的初心，扛起了加速我國空間科學發(fā)展的歷史使命。十余載光景值得總結，空間科學先導專項既有系列科學衛(wèi)星工程任務，更重要的是建立了促進空間科學持續(xù)健康發(fā)展的完整創(chuàng)新價值鏈，孕育了一大批空間科學任務的金種子，有力支撐了21世紀以來我國的空間科學探索和實驗。限于現(xiàn)階段資源等方面的約束，科學家們提出的眾多空間科學任務還未能爭取到工程實施的機會，但它們構成了我國空間科學跨越騰飛的堅實基礎。我們編著本書，既是記錄空間科學研究的歷史，也是推介空間科學任務的概念。

（一）空間科學的突出特征是利用航天器產出新知識。

與歷史悠久的天文、地理、生物等傳統(tǒng)基礎學科相比，空間科學是依托航天器平臺研究宏觀和微觀世界的前沿交叉學科，是1957年人類社會進入太空時代的產物。其突出特征是利用科學衛(wèi)星、深空探測器或空間站等平臺，進行空間天文、日球層物理、行星科學和空間地球科學觀測與研究，開展空間環(huán)境下的科學實驗，促進天體生物學、系外行星探測和地外生命探尋，支持載人深空探索。其核心價值在于產出四新，即新發(fā)現(xiàn)、新規(guī)律、新理論和新知識。自20世紀60年代以來，空間科學在基礎科學前沿催生了諸多諾貝爾獎級的重大發(fā)現(xiàn)和原創(chuàng)科學成果，拓展了人類對自然世界的認知邊界，不斷更新人類的知識圖譜，日益成為基礎研究原創(chuàng)突破的策源地。

（二）空間科學任務是科學目標牽引科學產出導向的航天任務。

空間科學是中國航天活動的三大領域之一，空間科學任務與應用衛(wèi)星任務不同，是一類具有鮮明特征的航天任務。簡而言之，空間科學任務指的是為了實現(xiàn)既定的科學探索目標，針對科學衛(wèi)星（廣義，包括地球軌道科學衛(wèi)星、深空探測器和空間站等航天器，以下同）或搭載其他航天器平臺的科學載荷（如天宮二號搭載的伽馬暴偏振探測儀POLAR）所開展的，從規(guī)劃、遴選、立項、研制、發(fā)射，到科學運行或實驗、完成數(shù)據(jù)分析、產出原創(chuàng)成果的全生命周期的科研活動。

可以看出，空間科學任務構成了完整的創(chuàng)新價值鏈，具有體現(xiàn)國家意志、投資大、用時長，瞄準基礎研究從0到1重大突破，必須久久為功的特點。為遂行科學高效的管理，常從投資占比和研發(fā)耗時的角度，將其分為空間科學預研和空間科學工程兩大類項目。實際上，為便于國際合作交流，對比美國和歐洲的相關管理實踐，可以看出前者相當于美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）所稱的PreFormulation（策劃前，PrePhase A）；后者相當于Formulation（策劃/方案） Implementation（實施），即從Phase A到F的階段。

（三）任務帶學科打通空間科學創(chuàng)新價值鏈最后1公里。

為推動我國空間科學發(fā)展，在國家相關部委的支持下，中國科學院經過長期的探索和創(chuàng)新，強化了對空間科學發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和基于科學數(shù)據(jù)的基礎研究，創(chuàng)新發(fā)展了首席科學家 工程兩總的科學衛(wèi)星工程管理體制，以科學衛(wèi)星系列為抓手，通過任務帶學科、學科促任務，建立和完善了我國空間科學任務創(chuàng)新價值鏈，并成功輻射帶動了國家相關重大航天工程任務的空間科學與應用。

回眸過往，早在2009年，中國科學院就開始通過院創(chuàng)新重要方向項目，支持面向全國高校院所和行業(yè)研發(fā)機構的空間科學研究課題，形成了中國至2050年空間科技發(fā)展路線圖。2010年3月，國務院第 105 次常務會議審議通過，同意中國科學院組織實施戰(zhàn)略性先導科技專項。2011年1月，經中國科學院黨組會審議通過，空間科學先導專項立項啟動實施，旨在最具優(yōu)勢和最具重大科學發(fā)現(xiàn)潛力的科學熱點領域，通過自主和國際合作科學衛(wèi)星計劃，實現(xiàn)科學上的重大創(chuàng)新突破，帶動相關高技術的跨越式發(fā)展，充分發(fā)揮空間科學在國家創(chuàng)新驅動發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用。

十二五期間，空間科學先導專項部署了暗物質衛(wèi)星、量子衛(wèi)星、實踐十號和HXMT衛(wèi)星4個科學衛(wèi)星工程項目；同時還部署了一批空間科學背景型號和預先研究項目。為加快實現(xiàn)重大原創(chuàng)突破，空間科學先導專項提出并補齊了中國航天空間科學基礎研究的空白，通過中國科學院國家自然科學基金委空間科學衛(wèi)星科學研究聯(lián)合基金支持了悟空墨子實踐十號慧眼的科學數(shù)據(jù)分析研究，并推動在科技部重點研發(fā)計劃設立空間科學重點專項規(guī)則項目，支持我國科學衛(wèi)星、深空探測和載人航天的空間科學基礎研究，打通了空間科學任務創(chuàng)新價值鏈的最后1公里。

（四）空間科學預研主要完成任務概念研究和關鍵技術攻關。

如上所述，空間科學預研項目是與空間科學衛(wèi)星工程相對的一類研究項目和課題。它覆蓋了空間科學任務全生命周期的前后兩端，具有重要的意義，具體包括5種：空間科學發(fā)展規(guī)劃和政策研究、空間科學任務概念項目、空間科學預先研究項目、空間科學背景型號項目和空間科學基礎研究項目。

實際上，迄今空間科學先導專項已部署支持了逾260項空間科學預研課題，60家以上的中國科學院及相關院所、高等院校，作為牽頭單位或參加單位承擔了各課題、子課題研究任務，支持我國科研工作者大膽設想、小心求證，從探索宇宙奧秘的原創(chuàng)科學思想出發(fā)，通過嚴慎細實的預研工作，不斷凝練科學目標，優(yōu)化探測方案，完成關鍵技術原理驗證和初步攻關，使之轉化為有望工程實施的創(chuàng)新型空間科學任務。

如果說空間科學任務概念項目是科學家探索宇宙和生命起源演化的金種子，那么空間科學預先研究項目就是供給它們的試驗田，空間科學背景型號項目就是未來空間科學任務的孵化器，而空間科學基礎研究則是收獲辛勤探索成就的曬谷場。播一粒粟，收滿倉谷。實踐證明，這些空間科學預研工作自身成果產出遠超預期，為推動空間科學衛(wèi)星系列的起步和工程實施奠定了重要基礎，同時亦為深空探測和載人航天空間科學任務遴選提供了有效輸入，為我國科學家開展世界級研究提供了支撐。

（五）本書特色。

應該說，本書匯聚的科學成果是我國空間科學工作者集體智慧的結晶，彰顯了他們面向世界空間科學前沿，面向國家空間科學發(fā)展重大戰(zhàn)略需求，在探索浩瀚宇宙奧秘、發(fā)展先進空間探測技術道路上的辛勤努力。從本書可以看出，我國空間科學家勇于直面極端宇宙、時空漣漪、日地全景和宜居行星探索的最前沿難題，矢志在我國有基礎、有優(yōu)勢的宇宙起源和演化、太陽系與人類的關系等科學主題上，既有獨到的思考和大膽的創(chuàng)新，也有與航天強國同臺競技、只爭朝夕的勇氣。

作為本書編著者，我們力求尊重科研創(chuàng)新的實際過程，記錄歷史，保護原創(chuàng)。實際上，每一個課題都形成了較完整的科研檔案，幾乎可以單獨成冊。但是限于篇幅，我們僅擷取課題亮點，給出了進一步檢索的參考，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，進一步提出空間科學任務的新方案，拓展認知宇宙的新窗口，做出中國人的新貢獻。

（六）致謝。

為加速我國空間科學發(fā)展，2015年中央機構編制委員會辦公室批復同意原中國科學院空間科學與應用研究中心正式更名為中國科學院國家空間科學中心（簡稱空間中心），作為我國空間科學及其衛(wèi)星項目和中國科學院月球與深空探測任務的總體性研究機構、我國空間科學領域的研究中心和創(chuàng)新高地，負責組織開展國家空間科學發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃研究，具體負責中國科學院空間科學先導專項的組織與實施，開展空間科學及相關應用領域的創(chuàng)新性科學研究與技術發(fā)展和實驗工作。

空間科學與深空探測規(guī)劃論證中心（簡稱論證中心）作為負責空間科學先導專項管理的總體部門，具體負責了空間科學預研項目的管理。在我國空間科學界的大力支持下，空間科學先導專項已成功實施兩期，科學衛(wèi)星系列及其成果產出已產生了重要國際影響，空間科學預研項目為十四五乃至2035年空間科學任務的遴選和實施提供了重要的輸入。

為了總結和回顧我國空間科學發(fā)展的歷程，并記錄空間科學任務發(fā)展全生命周期中極為重要的前期工作，負責先導專項預研工作的論證中心，在專項負責人吳季、王赤的領導下，歷時1年，以科研和管理檔案為基礎，并在近160位課題負責人、近30位責任專家的支持下，動議并具體承擔了本書的編輯工作。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，以及承擔了大量項目管理工作和具體編輯工作的白青江、李明、時蓬、宋婷婷、魏海燕、尤亮和王琴等。范全林負責了全書的統(tǒng)稿。

限于項目眾多且距離各項目結題時間較長，書中可能仍存在不少遺漏，我們懇請各項目負責人和讀者-批評指正，以便再版時做出更正。

衷心感謝中國宇航出版社對本書出版的支持，感謝各位讀者對中國空間科學事業(yè)的關注。建設航天強國、科技強國，我們一直在努力。

吳季王赤

2024年5月30日