王赤：中國要建成空間科學強國
本文刊載於《中國科學院院刊》2024年第10期“科學訪談”
《中國科學院院刊》編輯部
中國科學院
編者按
探索太空一直是全人類浪漫而永恆的夢想。新中國自成立以來，對空間領域的探索從未停步，這期間，中國科學院國家空間科學中心作爲我國空間科學領域的研究中心和創新高地，取得了哪些矚目成就？在國際合作中有哪些積極探索？未來，中國的空間科學如何躋身國際前列？對此，《中國科學院院刊》專訪了中國科學院院士、中國科學院國家空間科學中心主任王赤。
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一個多甲子的不平凡歷程
《中國科學院院刊》：中國科學院國家空間科學中心作爲國家戰略科技力量的組成部分，在履行建設科技強國的使命責任中承擔着怎樣的重要角色？
王赤：中國科學院國家空間科學中心（以下簡稱“空間中心”）此前曾是我國人造衛星的搖籃。1957年，蘇聯發射了人類歷史上第一顆人造衛星。1958年，空間中心的創始人趙九章先生和錢學森先生一起，向中央提出要發展我國人造衛星的建議，得到了中央的批准。1958年，中國科學院爲發展我國人造衛星事業，成立了“581”組，“58”表示1958年，“1”表示中國科學院在1958年的一號任務，也就是最重要的任務。空間中心的前身就是“581”組。所以應該說，空間中心是我國人造衛星的搖籃。
現在的空間中心是我國空間科學的開拓者和主力軍。經過幾十年的發展，空間中心經歷了中國航天活動的三大里程碑階段，包括人造衛星、載人航天、月球和深空探測。最值得驕傲的是在21世紀初發射了“地球空間雙星探測計劃”（以下簡稱“雙星計劃”），開創了我國空間科學衛星的先河。2011年，空間中心又牽頭提出了空間科學戰略性先導科技專項（以下簡稱“空間科學先導專項”），其中發射了大家熟知的“悟空號”“墨子號”“慧眼”、實踐十號，太極一號、懷柔一號、夸父一號等，以及2024年發射的“愛因斯坦探針”（科學衛星），這開創了我國科學衛星系列的先河。
2024年，空間中心編制了國家空間科學中長期發展規劃，謀劃了現在到21世紀中葉所要開展的空間科學的探索。從這種意義上來講，空間中心責任更大，將會取得更多的科學成果，突破一批關鍵核心技術，爲人類的知識體系作出中國貢獻。未來，空間中心必將成爲空間科學的研究中心和創新高地，成爲世界空間科學領域的主力軍之一。在過去整個國家空間科學發展歷程，以及未來的發展中，空間中心都起到不可或缺的作用。
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“雙星”計劃實現“從0到1”突破
《中國科學院院刊》：在空間中心的發展成就中，“雙星計劃”備受大家關注。您能否爲我們介紹一下，“雙星計劃”在我國空間科學的發展中有怎樣的重要意義？
王赤：回顧60多年的發展歷程，中國空間科學從無到有，從“點”的突破到“面”的發展，經歷了很長一段時間。剛纔提到“雙星計劃”的研製，是取得的一個“從0到1”的重大突破。
我國以前的衛星更多的是強調空間技術的發展、空間應用，但是真正以科學發現爲目標的衛星，在21世紀之前還是沒有的。在2003年、2004年，有了一個很好的機遇，這個機遇就來自國際合作。當時歐洲空間局有4顆衛星，也稱爲“星簇計劃”（Cluster計劃），更多的是小尺度的衛星，探測磁層空間的小尺度結構，但是大尺度相互作用相對缺乏，所以當時就特別希望有一個國際夥伴能夠來補上大尺度的缺口。
空間中心的劉振興院士就提出了“雙星計劃”。爲什麼叫“雙星計劃”？因爲一個是在赤道面的衛星，一個是在極軌的衛星，這就形成了“地球空間雙星探測計劃”，也叫“雙星計劃”。“雙星計劃”的兩顆星與歐洲空間局的4顆Cluster衛星，就組成了一個對地球空間的6點觀測，在人類歷史上這也是第一次。
“雙星計劃”跟Cluster衛星配合，取得了一系列科學發現。例如，地球空間上游太陽風中，就發現了一個等離子體的洞，這隻有在大尺度的情況下才能看見；另外，又發現這些變化跟磁層頂磁場重聯的關係；也發現了大尺度的磁尾有一些拍動的現象，這都是觀測到的一些新現象。更重要的是通過“雙星計劃”，劉振興院士提出了亞暴觸發過程的“鋒面觸發”理論，由中國科學家真正提出科學問題，形成了我們中國的一個學派。
“雙星計劃”跟Cluster衛星密切配合，獲得了國際宇航科學院（IAA）的“2010年傑出團隊成就獎”。我想這也是第一次讓世界知道了中國科學家在開展空間科學研究，中國的科學成果也爲世界所知。“雙星計劃”的突破，一方面是我國空間科學衛星的突破，另一方面讓中國科學家走向世界舞臺，這是一個巨大的成就。
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多點發力搶佔空間科技制高點
《中國科學院院刊》：在空間科學研究領域，空間中心還取得了哪些有價值的成果？
王赤：空間中心還有很多空間科學研究的領域，例如空間天文、日球層的物理研究、對月球行星的探測、對地觀測等。空間科學的領域非常廣泛，迫切需要有中國空間科學的系列衛星。2011年在中國科學院“率先行動”計劃中空間科學先導專項位列其中，成爲由中國科學院立項、由國務院批准的科學衛星的系列，空間科學研究已經呈現出多點突破的態勢。
“悟空號”暗物質粒子探測衛星，在國際上是觀測能段最寬、探測精度最高的衛星。它探測到了高能電子的一個異常拐折，是中國第一個暗物質粒子探測衛星所獲得的成果。
“墨子號”是量子科學實驗衛星，第一次把在地面上的量子科學實驗搬到了天上，從大尺度來開展量子科學實驗；首次建立了千公里量級的基於糾纏的量子密鑰分發，使得中國在國際上處於量子科學實驗引領者的地位。
“慧眼號”是硬X射線調製望遠鏡，已觀測到了很多宇宙中的神秘現象，包括髮現宇宙中最強的磁場。
回到太陽系，太陽有很多爆發活動，爲此空間科學先導專項二期發射了“夸父一號”先進天基太陽天文臺，目標是“一磁兩暴”，觀測太陽的磁場和太陽上兩類爆發活動——耀斑和日冕物質拋射，所取得的對太陽磁場縱向場的觀測已經達到了國際先進水平。
2024年發射的“愛因斯坦探針”（科學衛星），第一次瞄準時域天文學，包括一些超新星的爆發，也是第一次在軟X射線波段實現了世界上最大最靈敏的大區域天區監測，發射之後監測到一系列已知的爆發活動，觀測到一些新的幾百顆恆星的耀發活動，都將促進時域天文學的研究。
從這種意義上來講，空間科學的系列衛星已經讓中國的空間科學成果呈現出多點突破的趨勢，也慢慢讓我國走近了世界空間科學研究的中心。
面向未來，我們圍繞搶佔空間科技制高點，又部署了太空探源系列科學衛星計劃。如果說空間科學先導專項一期的衛星解決了我國空間科學系列衛星從無到有的問題，那麼空間科學先導專項二期則是一個持續發展的階段。現在我國進入到太空探源系列，希望通過太空探源系列科學衛星計劃的實施，真正取得世界級的標誌性科學成果，也能夠成爲2035年建成科技強國的標誌性成果之一。
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面向未來，空間科學“三步走”
《中國科學院院刊》：跟國際上的先進國家相比，中國現在的空間科學研究處於什麼狀態？未來如果要實現引領空間科學研究的目標，還要做哪些佈局和努力？
王赤：雖然我國空間科學得到了長足的發展，但跟國際上的一些空間科學強國相比，我國總體的空間科學衛星數量偏少，標誌性成果也偏少。中國空間科學的發展，雖然駛入了快車道，但總體水平還處在起步階段。
在我國空間科學中長期發展規劃（2024—2050年）中，制定了未來發展“三步走”的戰略目標：到2027年，希望能夠進入到空間科學先進國家行列；到2035年，希望能夠進入到國際前列，綜合水平能夠跟現在的歐洲空間局相當，在部分重點領域能夠在國際上有重要的影響力；到21世紀中葉，也就是到2050年，要成爲空間科學強國，要跟美國比肩，在主要領域要在國際上有重要地位。
《中國科學院院刊》：空間科學中長期發展的戰略目標、時間表、路線圖都有了，在實現目標的過程中，應該進行怎樣的政策安排？
王赤：現在中國已經成爲世界第二大經濟體，應該爲世界的知識體系和文明進步作出重要貢獻。特別希望能夠在國家層面，對空間科學進行統籌謀劃，制定長遠發展規劃。
經過相關單位共同努力，2024年終於迎來了我國第一個空間科學的中長期發展規劃正式發佈。想要規劃得到有效實施，以下4個方面的措施要跟上：
1.全國“一盤棋”，要有統一的實施方案，調動各方面的積極性，共同謀劃、推動、實施這一中長期發展規劃。
2.作爲研究人員，要強化學科導向，要培養一大批中國空間科學研究人才，不能一直跟着歐美的一些觀點、理論框架去發展，要提出自己原創性思想，要創立中國學派，要有創新的理念。
3.空間科學的發展離不開技術的進步，特別要得到原創性科學成果。現在這個階段很大程度是比拼高精尖技術，因此要關注技術的發展，要攻克一批高精尖的關鍵核心技術，這才能落實空間科學的探測計劃，能夠不斷拓展人類認知的邊界。
4.空間科學的成果、空間科學衛星的發射都會激發年輕人的好奇心，他們的興趣也會激發廣大公衆的參與，所以做好科學傳播、得到最廣泛的公衆支持也是非常重要的方面。
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中歐攜手，“微笑”看日地空間
《中國科學院院刊》：您認爲在當下以及未來，中國空間科學的國際合作應該如何推進？
王赤：科學是無國界的。因爲更多的是知識的探索、理論的研究，所以在整個航天領域當中，空間科學是最容易開展國際合作的。
中國與歐洲空間局合作比較密切，“雙星計劃”開啓了國際合作的先河。中國與歐洲空間局還有一個聯合的衛星任務——太陽風－磁層相互作用全景成像衛星（SMILE，以下簡稱“微笑計劃”），這是比“雙星計劃”更加全面深入的合作計劃。
在“微笑計劃”中，首先是雙方決定要開展聯合衛星項目，雙方共同發佈指南，要求雙方科學家共同組織團隊來響應指南，然後經過中歐雙方的嚴格遴選。當時有十幾個衛星項目在申報，後來“微笑計劃”在競爭中脫穎而出。
“微笑計劃”雙方要共同實施。例如，衛星是由中國來研製，運載是由歐洲空間局來提供；衛星上的載荷軟X射線成像儀由英國來提供，紫外極光成像儀由中國牽頭、歐洲空間局參與；另外兩個原位探測的載荷，一個探測粒子、一個探測磁場，由中國來提供；同時載荷專門有一個載荷艙，由歐洲來提供。這樣雙方分工非常明確，交互也非常深入。最後的組裝是在歐洲空間局的歐洲空間技術中心（ESTEC）進行，整裝發射是在法屬圭亞那庫魯航天中心。發射上天之後，運行測控由中國主導、歐洲空間局參與，雙方最後共享研究成果。
“微笑計劃”是中歐雙方的全方位深度合作項目，開創了空間科學國際合作的一種新範式。具體經驗有如下幾點：
1.開展國際合作首先是要基於雙方的互信和互相尊重，這是合作的基礎和前提。
2.要開展多種形式的國際合作。例如：既有“微笑計劃”這樣的雙方共同全方位合作，又有Cluster和“雙星計劃”這樣的任務級合作；也可以開展載荷級的合作，我國研製的儀器可以搭載在對方的衛星上，對方的載荷能夠搭載在我國衛星和平臺上；還可以共同開展數據分析和研究等軟方面的合作。
最重要的是，國際合作要促進雙方交流，包括文化上的互相理解、科學家之間建立友誼；更重要的是，國際合作也會促進國家政治、經濟、外交。空間科學是航天領域國際合作的主渠道，也是我國走向世界的有效途徑之一。
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青年一代要胸懷夢想、敢於創新、腳踏實地
《中國科學院院刊》：作爲研究空間的科學家，您當年是怎麼走上這條道路的？研究空間的科學家應該具有怎樣的視野和精神品格？
王赤：走上這條道路，來自於小時候的一個夢想。我從小就特別喜歡看星星，有時候看到一顆流星劃天而過，就特別好奇流星從哪裡來，又落到哪裡去了？
基於童年的一顆好奇心，我就走上了空間科學的這條道路。然後非常幸運，我的博士論文就參與了世界上最偉大的航天器之一——“旅行者號”的工作，我的博士生導師是“旅行者號”的等離子體首席科學家，這也使我快速地走向了國際最先進的前沿。
從事空間科學的研究，首先需要有好奇心，纔會有夢想，有了夢想纔會去努力、去奮鬥。要實現夢想，還是要基於創新，創新是取得所有成功的根基。我們一方面要仰望星空，但更重要的還是要腳踏實地，要一步一個腳印。我希望我們的科研人員能夠胸懷夢想、敢於創新、腳踏實地，只要篤定堅持，一定能夠實現既定目標。
《中國科學院院刊》：2024年是新中國成立75週年，也是中國科學院建院75年，您對中國科學院有怎樣的祝福和希望？
王赤：在新中國科技事業的75年發展過程中，中國科學院起到了不可替代的作用，在“兩彈一星”等歷史關頭都撐起了中國科技的脊樑。在未來，在實現中國夢的征程中，科技創新是最重要的一個因素。我想中國科學院一定會繼續發揮國家戰略科技力量主力軍的作用，不斷搶佔科技制高點，爲建設科技強國作出不可磨滅的歷史性貢獻。
王赤中國科學院院士。中國科學院國家空間科學中心主任、研究員。第十四屆全國人大代表，第十四屆全國人大環境與資源保護委員會委員。主要從事空間物理和空間天氣研究。
文章源自：
《中國科學院院刊》編輯部. 王赤：中國要成爲空間科學強國. 中國科學院院刊, 2024, 39(10): 1808-1812.
DOI: 10.16418/j.issn.1000-3045.20241018002.
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