统筹空间科学、空间技术、空间应用协调发展的思考.docx

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1、一、前言空间科学、空间技术、空间应用之间联系密切，表现为相互促进、相互渗透、相互依存：空间科学是前沿牵引，主要面向世界科技前沿，利用卫星、探测器平台、先进科学探测设施开展重大科学问题的探索和研究；空间应用主要基于各类卫星平台和应用载荷，开展对地观测、空间导航、气象预报、空间通信等业务应用，服务经济主战场和国家重大需求；空间技术是空间科学、空间应用的工程实施基础，提供卫星研制、发射回收、在轨测控、能源保障、在轨服务等技术支撑。空间科学、空间应用是空间活动的主要目的。人类探究太空奥秘的渴望以及人类进入太空后获得的科学、应用、社会、国防等效益，成为推动空间技术持续发展的源动力。在我国，从1970年4

2、月成功发射第一颗人造地球卫星东方红一号，到2021年神舟十二号飞行任务3名航天员进驻天宫空间站，航天领域取得了以两弹一星、载人航天、探月工程、北斗导航、高分专项、火星探测为代表的一系列重大成就，进入太空、探索宇宙的能力不断增强。这些成就标志着我国航天事业正“由大向强稳步迈进。也要客观认识到，我国航天事业虽处大好发展形势，但对标国际航天强国，在空间科学方面的发展较为滞后，在空间技术方面以跟踪研制较多，原始创新尚未全面实现从“跟踪过渡到领跑发展；在空间应用方面，在轨卫星数量已经很多，但应用效能并不显著，大量空间数据被束之高阁。航天领域距离空间科学、空间技术、空间应用全面发展的国家要求还有差距，开展

3、空间科学、空间技术、空间应用协调发展研究成为亟需。就已有文献看，极少报道相关研究工作。本文立足中国航天60多年实践，围绕空间科学、空间技术、空间应用协调发展课题，分析要素内涵及相互关系，回顾国际国内主要发展历程，论证统筹发展必要性；进而针对统筹部署、资源配置、科学牵引、自主创新、数据应用等方面的差距提出应对策略，以期为新发展格局构建背景下航天事业高质量发展研窕提供启发和参考。二、空间科学、空间技术、空间应用的内涵及相互关系（一）空间科学、空间技术、空间应用的内涵空间科学指以航天器为主要平台，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、天文、地球、化学及生命等自然现象及其规律的交叉性、

4、综合性学科。针对空间的研究，起源于低层大气研究，逐步向高空大气拓展。早期的高空大气科学以及20世纪初起步的电离层研窕可视为空间研窕的起步工作。1957年以后，通过人造卫星发现了辐射带的存在，促进了空间研究的快速发展，在中高层大气物理、电离层物理的基础上逐步形成了磁层物理和行星际物理。至此,空间物理学（空间等离子体物理）成为早期空间研究或空间科学的核心学科。在20世纪60年代后，卫星逐渐用于对地观测、对天（宇宙）观测，航天技术开始与地球科学、天文学交叉并形成了空间地球科学和空间天文学，为空间科学扩充了新内容。此后，随着载人航天的发展，微重力科学、空间生命科学也成为空间科学的重要学科，深空探测则极

5、大推动了行星科学、天文学、地球科学、空间物理学的发展。空间基础物理研究可视为物理学基础研究在空间的延伸。空间技术指航天器及航天运输系统的设计、制造、试验、发射、运行、返回、控制、管理、使用等方面的综合性工程技术，起源于以运载火箭为代表的进入空间技术。在运载火箭技术逐步成熟后，航天器技术开始快速发展。航天器在地球大气层以外的宇宙空间（太空）按照天体力学的规律运行，广泛运用了能源、控制、测控通信、材料、半导体器件等电子信息、物理学技术。空间应用指利用空间科学和技术成果服务人类社会的科技领域的总称。在航天技术、空间科学的带动下，空间技术从20世纪60年代开始逐渐走向应用。最早的应用领域是卫星通信、对

6、地观测：前者因其覆盖面广、具有全球通信能力而得到快速普及，代替了短波无线通信、有线电报通信；后者率先应用于军事侦察，之后在气象、海洋、城市规划、土地利用、灾害监测等方面得到了广泛应用。再往后，随着空间科学、空间技术的能力提高，卫星导航逐渐进入应用领域，成为人类活动不可或缺的信息保障手段；通过观测太阳和地球空间，人们发现由太阳爆发引起的空间天气事件能够显著影响空间轨道上的卫星、地面上的部分高技术基础设施，这反映了空间气象预报的重要应用价值。此外，载人航天的发展,驱动形成了空间科学基础研究、对地观测试验方面的丰富成果，转化形成了材料制备、生命生物技术的研发基础，拓展了一系列新应用领域。（二）空间科

7、学、空间技术、空间应用的相互关系空间科学在探索未知的发展道路上不断向空间技术提出新需求，如更高的分辨率、更高的姿态测量与控制精度、更高的定轨精度、更大的载荷与平台服务系统质量比等。空间科学对空间应用起着输出新理论和新概念、提供科学支撑的作用；探索的新规律、创造的新理论一旦明确应用价值，将快速被应用部门采纳，成为经济社会、大众民生的发展助力。空间技术对空间科学、空间应用具有支撑和推动作用；快速发展的空间技术，激励着科学家思考如何将之应用于空间科学任务以提出新的空间科学计划、获得新的科学发现。因此，空间应用的发展依赖空间科学、空间技术的发展；空间应用在自身的发展过程中，也对空间科学、空间技术不断提

8、出新需求。经过60多年的发展，空间科学、空间技术、空间应用成为国家空间活动中相对独立的部分，但三者之间存在非常紧密、相互依存、相互促进的关系（见图1）o如果没有新的空间科学、空间应用的牵引，空间技术将失去发展动力；一旦空间技术没有进步，空间科学就无法达到新高度、探索新领域，空间应用也难以增强为人类社会发展和进步提供服务的能力。图1空间科学、空间技术、空间应用的关系新一轮科技革命和产业变革深度演进、相互交织，国家之间的科技竞争更为激烈。在此背景下，空间科技的战略地位更为突出；多主体融合成为科研突破的主要组织方式，技术要素流通更为丰富活跃，数据挖掘应用的价值潜力巨大。因此，空间科学、空间技术、空间

9、应用应交叉融合发展，强调单一或个别生产要素的重要性已与时代发展要求不相适应。三、国际空间科学、空间技术、空间应用的整体态势整体来看，国际空间科学、空间技术、空间应用是相互支持和协调发展的。空间应用的发展是在空间技术不断发展的支持下取得的，空间应用又推动了空间技术的发展；空间技术的发展离不开空间科学的支持和引领。（一）国际空间科学发展从美国第一颗人造卫星（探险者1号）发现地球辐射带、建立空间科学领域第1个分支学科（磁层物理学）至今，空间科学获得了长足发展，以空间物理学与太阳物理学、空间天文学、月球和行星科学、空间地球科学、空间生命科学、微重力物理科学等为代表。目前，人类对地球大气层以外空间已有深

10、入了解，建立了较为精细的地球电离层及磁层数字模型，明确了与太阳活动的紧密联系。从20世纪60年代初开始，人类已经着陆和飞越探测了月球以外所有8大行星及其部分卫星；人类的航天器正在飞向太阳，期望能够抵近发现太阳爆发的机制。利用空间天文望远镜，人类确认了宇宙大爆炸的起源，对星系、黑洞以及暗物质、暗能量等开展了研究。在空间站平台上，人类持续探索了不受重力影响的物质和生命运动的基本规律，发现了很多新规律，在未来人类的太空长期生存、地球上人类生命改善等方面具有积极意义。当前，世界航天大国持续关注空间科学，更为聚焦基础科学重大问题研究，如暗物质性质与暗能量本质、恒星及星系演化、黑洞性质、太阳系形成演化、外

11、太空生命与宜居行星探索、基本物理规律研究、地球变化趋势等。其中，欧美的大型空间科学任务规划围绕宇宙起源演化、天体高能过程、太阳系生命与系外行星生命探索等方向，侧重平衡性投资，采取多层次、灵活性的项目计划及滚动发展机制，征集竞争性提案以遴选科学研究项目。（二）国际空间技术发展自从1957年苏联成功发射第一颗人造卫星以来，空间技术发展迅速。运载火箭的有效载荷能力从数十千克增长到数十吨。通信卫星具有体系化、网络化发展特征，资源卫星具备高分辨率、多谱段的遥感能力，气象卫星可提供长期气象预报资料，导航卫星精度达到亚米级。很多国家具备了回收卫星的能力。在载人航天方面，人类在空间停留的时间已经从数小时提高到

12、1年以上。在深空探测方面，开展了太阳系行星探测、空间天文观察。鉴于发展空间技术所具有的政治、经济、国防、科学技术等重大意义，很多国家加大空间技术研究投入，将其作为促进经济社会发展、提升国防建设实力的重要支柱。空间技术的战略地位和综合作用凸显，未来将继续保持稳健发展势头。（三）国际空间应用发展当前，绝大部分国家和地区都在应用空间技术成果，如卫星通信技术应用于各种信息的广域、高速传递，卫星导航定位技术应用于海、陆、空各类装备的行驶导航,测绘卫星用于资源调查和地形测绘,气象卫星用于气象预报与灾害预警。空间技术也普遍用于侦察、预警、导航、气象等军用领域。此外，太阳爆发及其对地球影响的研究己进入预报应用

13、阶段，空间生命科学研究逐渐发展到空间制药等实用化阶段；基于遥感卫星图像开展的大量科学研究与分析，逐步揭示了地球变化的基本规律、人类活动对地球的影响机理，如极区上空的臭氧洞与人类活动的气体排放密切相关。空间应用正在进入新发展阶段。世界航天大国努力培育和壮大本国的空间应用产业，加快空间技术成果向经济社会的应用转化；培育太空旅游、太空育种等太空经济新业态，推动空间应用与数字经济深度融合，深化通导遥信息综合应用等。四、我国空间科学、空间技术、空间应用的发展情况中国航天60余年辉煌发展，取得了众多里程碑式的成就。近年来，建成了较为完备的学科体系与科研平台，发展了科学卫星载荷平台一体化设计、地外天体“绕落

14、回能力、全球布局的深空测控网、大型运载火箭等，为空间科学与深空探测任务实施提供了坚实基础。（一）我国空间科学发展在空间科学方面，我国逐步建立了较为完备的学科体系、若干具有一定水平的科研平台，具备开展空间科学任务的基本能力。863计划、实践卫星系列、载人航天工程的实施，切实推动了空间科学的全面发展。2003年，我国首个由科学目标牵引的空间科学卫星项目（双星计划）成功实施。自“十二五时期以来，中国科学院战略性先导科技专项（一期）4颗科学卫星先后成功发射，包括暗物质粒子探测卫星（“悟空）、实践十号返回式科学实验卫星、量子科学实验卫星（墨子）、硬X射线调制望远镜（“慧眼）；用于全球大气COz观测的科学

15、实验卫星（碳卫星）成功入轨。在空间探测方面，嫦娥工程顺利实施，嫦娥四号首次着陆月球背面，嫦娥五号标志中国具有月球采样返回能力；天问一号成功执行首次火星探测任务，携带的祝融号火星车成功登陆火星；工程规划中己部署了小行星、木星系、行星穿越探测任务。载人航天工程基本建成我国近地载人空间站。从2018年开始，中国科学院战略性先导科技专项（二期）部署了引力波暴高能电磁对应体全天监测器、先进天基太阳天文台、爱因斯坦探针、太阳风-磁层相互作用全景成像卫星等系列卫星计划，梯次安排了卫星背景型号及预先研窕工作。中国和法国的空间科学合作深化，空间暂现源观测任务进入工程实施阶段,水循环卫星处于立项研制阶段。此外，载

16、人航天工程规划了载人飞船-空间实验室-空间站三步走发展蓝图，载人空间站及其科学任务同样为空间科学研究提供了重大机遇,可开展系列化的人体科学、空间生命、物理科学等实验研究。目前，我国形成了构成完整的空间科学研究队伍，涉及单位超百个，着重开展空间科学相关的理论研究、数值模拟、实验研究、载荷研制、技术保障等。然而，相关研究较多依赖对国际公开数据的二次分析，独立开展空间科学任务、创新实施空间探测任务的能力不强，相较国际一流水平仍有明显差距。例如，我国在空间地球科学、空间物理、太阳物理方向具有一定优势，但在太阳系探测、空间生命科学等方向明显滞后。（二）我国空间技术发展我国航天事业是在基础工业薄弱、科技水平落后以及特殊的国情、特定的历史条件下发展起来的，自1956年创建以来经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴、走向世界等重要时期。我国独立自主地进行航天活动，以较少的投入并在较短的时间里走出了一条适合国情、显现特