發展空間科學衛星系列就是新時期的「兩彈一星」任務

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摘要

很長一段時期以來，我國科技界反覆討論的一個問題就是如何提出像 20 世紀 60 年代「兩彈一星」任務一樣的重大科技項目，並希望藉此再次推動國家科技的快速發展。然而，儘管這十餘年來提出了很多重大科技任務，但總覺得無法與當時改變了中國政治、國防和科技地位的「兩彈一星」任務相比。「兩彈一星」任務創造的輝煌仍然閃耀在我們心中，任何形式的重大項目都無法替代其光芒。

文章從國家重大需求在 20 世紀 60 年代和在新時期的變化為切入點，分析在建設世界科技強國的征程中，我們國家最迫切的科技需求是什麼，進而指出發展空間科學衛星系列能夠在其中起到的不可替代的作用，從而得出發展空間科學衛星系列就是新時期的「兩彈一星」任務的結論。

作者簡介

吳 季中科院國家空間科學中心主任、研究員，中國空間科學學會理事長，國際空研究委員會（COSPAR）副主席，國際宇科學院（IAA）院士，IEEE會士，中科院「空間科學先導專項」負責人，空間科學衛星工程常務副總指揮。 曾任地球空間「雙星計劃」應用系統總設計師、「螢火一號」火星探測器首席科學家、「嫦娥」1、2、3號科學探測有效載荷總指揮等。主要研究領域包括：分散式空間探測技術、微波輻射干成像技術，以及空間科學與技術發展戰略和政策研究。

2017 年是中國人民解放軍建軍 90 周年，2019 年將是中華人民共和國建國 70 周年，2021年將是中國共產黨建黨 100 周年。屆時，我們的國家將消除貧困，全面建成小康社會，我們距離實現中華民族偉大復興的目標將更加接近。2016 年 5 月，中共中央、國務院印發了《國家創新驅動發展戰略綱要》，提出到 2020 年進入創新型國家行列、2030 年躋身創新型國家前列、到 2050 年建成世界科技創新強國「三步走」目標[1]。2016 年 5 月30日，習近平總書記在全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協第九次全國代表大會上鄭重宣布了這個「三步走」的目標，為我們今後的工作指明了方向，吹響了進軍的號角[2]。

實現科技創新能力的快速提升，進入創新型國家的行列，是我們當前的主要工作任務。然而，思考 2030 年，乃至 2050 年的國家目標，如何成為世界科技強國則更加重要。因為任何重大的目標，都需要長期的、持續不懈的努力奮鬥才有可能實現。距離 2050 年我們僅剩下有限的 33 年時間，如果不提前思考、儘早布局，也許我們就會錯失機遇，為實現最終的目標徒增困難，降低目標實現的質量甚至延緩目標的實現。

相比 50—60 年前，我國在國際上的地位已經產生了很大的變化。經濟、政治、外交和國際事務，中國都有了更大的發言權。然而，可持續的發展對科技提出的要求將比以往更加突出，這也是為什麼「三步走」的目標凝聚在了科技創新上。這一轉變，將引導我們對國家重大需求變化的分析。這將在下面一節中重點論述。為了實現這一重大國家需求的轉變，我們需要分析滿足這些新的需求的手段和實現新的目標的戰略路徑。為此，空間科學衛星系列所能夠扮演的角色將是本文的核心內容。其結論也是清晰的，即發展空間科學衛星系列就是堪比 20 世紀 60 年代我國「兩彈一星」任務的、新時期條件下的國家重大科技任務。為實現這一個重大任務，本文最後還提出了需要實施的政策建議。

1 新時期國家重大需求的戰略轉變

建國初期，新生的共和國面臨諸多挑戰，國家的總體安全受到經濟發展、國際上政治封鎖、外部侵略等的嚴重威脅，特別是超級大國的核武器成為重大的安全威脅。這個時期的最大的國家安全需求是顯而易見的，就是國防建設方面的需求，而要打破這些威脅的最為重要的抓手就是獨立自主地研製我們國家的原子彈、導彈和人造衛星，後稱為「兩彈一星」。鄧小平[3]在 20 世紀 80 年代說過：「如果 60 年代以來中國沒有原子彈、氫彈，沒有發射衛星，中國就不能叫有重要影響的大國，就沒有現在這樣的國際地位，這些東西反映一個民族的能力，也是一個民族、一個國家興旺發達的標誌。」

當前，我們面臨新的國家發展目標，新的國家發展戰略，就是通過科技創新實現中華民族的偉大復興。這個新的發展戰略的制定，是根據國家需求的重大轉變而制定的。目前中國面臨的新的國家安全威脅主要是來自就業及社會穩定、環境承載能力、周邊態勢安全、極端民族及極端宗教和恐怖主義等方面的威脅[4]。其中就業及社會穩定的依託是實現經濟可持續的發展，破解這一難題的途徑就是通過不斷的改革和科技創新。可見，經過 60 年的發展，我們面臨的國家需求與 60 年前的國家需求已經大不相同了。因此，我們思考新的、與「兩彈一星」作用相當的重大科技任務時，必須要針對新時期的國家需求，而不是仍然針對 60 年前的需求。實際上，我們恰恰不應該忘記上面那句鄧小平同志的名言是在視察中科院高能物理所、祝賀正負電子對撞機首次對撞成功時講的。在講完上面那句話之後，他又強調：現在世界的發展，特別是高科技領域的發展一日千里，中國不能甘於落後，必須一開始就參與這個領域的發展。因為你不參與，不加入發展的行列，差距就會越來越大。不要失掉時機，要不然我們很難趕上世界的發展。可見當時他實際上已經將重大科技基礎設施建設項目，與「兩彈一星」做了類比，明確指出在新的歷史條件下，需要通過科技創新來實現類似「兩彈一星」對國家發展起到的重要作用。

我們可以做進一步的分析。科技創新僅僅是指科技方面的任務嗎？答案是否定的。實際上科技創新的核心內容不是「科技」，而是「創新」。創新不是跟蹤式的研究，而是人類的第一次，是引領式的研究。因此，任何跟蹤類型的，別人已經做過的，我們再做一次的科技任務，都不能成為新時期的「兩彈一星」任務，因為它們已經不能滿足國家新的需求了。在新時期，如果中國只能跟蹤，不能創新，就不能獲得我們這樣一個大國應有的國際地位和話語權。在新時期，跟蹤、模仿都不足以反映我們這個民族的能力，也不能成為我們國家興旺發達的標誌。這一點和 60 年前共和國建立初期已經大不相同了。

那麼，什麼才是新時期民族能力和國家興旺發達的標誌呢？答案就是：在基礎科學前沿領域實現重大突破，代表人類獲得重大原始性的創新成果。回顧人類文明的發展史，特別是現代科技發展的歷史，哥白尼、伽利略、牛頓、麥克斯韋、達爾文、愛因斯坦這些科學巨匠的名字均出自西方。中國是世界上歷史最悠久的國家之一。中華文明是世界上唯一沒有中斷並延續至今的古代文明。當前，中國已是世界上人口最多的國家和世界上第二大經濟體。

未來10—20 年，如果不發生重大變故、中國的經濟能做到持續發展的話，我們將超過美國成為世界上第一大經濟體。考慮到我們社會制度的優越性，無論從實力還是從能力上來講，中國將會是世界上最大的「超級大國」。但是，這樣一個國家，如果仍然停留在用別人創造的知識來武裝自己，也即只重視和經濟效益直接相關的應用研究，不重視基礎研究；如果仍然用別人的昨天來裝扮我們的明天[5]，也即只實施跟蹤式的發展和建設，不創造新的市場模式與應用領域，我們就會像一個沒有知識的富人，得不到別人的尊重。習近平總書記強調，基礎研究是整個科學體系的源頭，是所有技術問題的總機關，是武器裝備發展的原動力[5]。

唯有我們能開闢出引領世界科技潮流的新領域，創建出具有深遠影響和廣泛應用的原始創新理論，在自己的土地上產生出一批可以代表人類科技發展的中國的科學巨匠（比如在自然科學領域的多個諾貝爾獎獲得者），我們才能獲得國際社會的廣泛認同和尊重。應該說這個需求，就是新時期國家重大需求中最核心的部分，也是建設世界科技強國最核心的內容。失去了這個內容，建設世界科技強國就是一句空話，中國的總體國家安全問題就無法從根本上解決。

2 實現基礎前沿科學的重大突破的途徑

數百年近現代科技發展的歷史告訴我們，早期的基礎前沿科學突破，主要是靠科學家個人的貢獻，從哥白尼到愛因斯坦，基本上都是自發的和自我選題式的研究，個人的智慧起了決定性的作用。但是自20 世紀中期第二次世界大戰以來，有組織的、定向的基礎研究和代表國家意志的重大科技突破逐漸成為基礎前沿科學突破的主要手段，特別是信息技術、航天技術、生命科學技術，以及在高度發達的信息技術上生長起來的人工智慧技術的重大突破，都無法擺脫大型計算機、高端和自主研製的大型科技儀器設施等國家層面的大量科技投入的支持。這也就是為什麼各國政府都紛紛建立目標明確的國家實驗室，搶先投入大型地面科技基礎設施，積極持續支持科學衛星計劃的原因。

這樣的政府行為，經過幾十年的演變，逐漸形成了兩類機構，一類是依託地面上大科學裝置的國家實驗室；另一類是依託航天技術、以科學和探索為目標的、實施空間科學計劃的國家空間機構，如美國的國家航空航天局（NASA）和歐洲 20 多個國家聯合組織起來的歐洲空間局（ESA）。

進入新世紀以來，從2000年到2014年，據不完全統計，NASA發射了84顆空間科學衛星，ESA發射了34顆空間科學衛星，取得了數百項基礎前沿的重大突破，其中有近10人有幸獲得諾貝爾獎（表1）

3 發展空間科學衛星系列就是新時期的「兩彈一星」任務

空間科學是以空間飛行器為主要平台，研究發生在地球、日地空間、行星際空間乃至整個宇宙空間的物理、天文、化學以及生命等自然現象及其規律的科學。空間科學的研究領域既覆蓋宏觀的宇宙，也涉及生命起源以及暗物質粒子，因此也是微觀物理世界的前沿。其中產生的任何重要突破，都將是基礎科學前沿的重大成果。空間科學不但是實現原始科學創新的重要領域，也是國家和政府在有組織、定向的重大基礎研究方面的主要抓手之一。

一方面，空間科學計劃與地面大科學裝置每個裝置個性獨立互不重複的特點不同，實施空間科學計划具有一定的共性，比如每一項空間科學計劃都是一項航天工程任務，需要運載火箭、發射場、衛星、地面測控和運行等方面的支持，這些支持設施都是相對通用的，具有很大的共性。此外，由於空間科學計劃投入大，風險高，計劃、進度和質量的管理也具有共性。

另一方面，空間科學計劃又不同於常規的應用衛星任務，每一個科學任務的研究目標（稱為「科學目標」）均不相同，而且這些科學目標會使用最先進的探測儀器，在空間解析度、時間解析度、能譜或光譜解析度與譜段、探測靈敏度、偏振、干涉、時間空間基準、指向精度及穩定度、採樣和傳輸數據率等各個方面，對衛星平台支持系統提出要求，並且這些要求會經常變化和不斷提升，科學任務在空間的運行軌道也會發生變化，有時會要求運行在非常獨特的空間軌道上。所有這些，都對航天技術提出了新的挑戰，這些技術挑戰要比常規的、批量生產的應用衛星任務複雜得多。由於科學目標要求實現原始性的創新突破，其中大部分技術需求都會是世界首次，將引發顛覆性創新，如果實現則會成為國際領先的技術能力。

我國自「十二五」開始，由中科院組織實施空間科學衛星系列計劃。任務實施機構中科院國家空間科學中心，按照空間科學計劃的特點以及新的管理機制，成功實施了暗物質粒子探測衛星（「悟空」）、「實踐十號」

返回式科學實驗衛星、量子科學實驗衛星（「墨子號」）和硬 X 射線調製望遠鏡衛星（「慧眼」） 4 個科學衛星計劃，科學成果正在陸續發表[6]。為落實《「十三五」國家科技創新規劃》[7]，中國科學院對發展空間科學衛星系列進行了部署，包括宇宙的起源、黑洞、引力波、系外行星探測、太陽系資源勘探、太陽爆發機理、地球空間暴及其粒子逃逸、水循環和全球變化的關係等，聚焦於重大基礎科學前沿問題，瞄準重大原始創新突破。由此可見，空間科學計划具備如下 3 個主要特點：

（1）科學目標瞄準基礎科學宏觀或微觀前沿，一旦突破將實現重大原始性創新，具有重大國際影響，使中國人在人類發展的歷史中，也可以作出應有的貢獻。

（2）空間科學計劃投入大，風險高，不同計劃還具有共性，適合由政府或政府委託的機構來組織實施，屬於典型的有組織的、定向的基礎研究。

（3）空間科學計劃的實施過程中，可以帶動相關高技術的發展，是實現寓軍於民和軍民融合的最佳平台，其作用是其他任務無法替代的。

根據上述特點，我們認為空間科學計劃，在新的歷史條件下，在建設世界科技強國的過程中，定會產生像 20 世紀 60 年代我國「兩彈一星」任務一樣的重要作用。因此可以得出結論，發展空間科學衛星系列就是新時期的「兩彈一星」任務。

4 實現空間科學衛星系列順利發展的政策建議

衡量空間科學計劃是否成功的唯一標準，就是看其是否獲得了重大的科學突破。為此，必須確保在立項之前做好兩項工作：

（1）組織科學團隊開展空間科學發展戰略的研究，判斷科學發展的重大前沿領域和方向，尋找新的和我國科學家具有優勢的切入點，為項目建議書的徵集做好引導性的鋪墊[8]。

（2）組織科學團隊自下而上的申報科學任務，並組織公開、公正的項目遴選。這一步工作非常重要，其主要目的是為了奠定在未來任務發射之後，對科學數據開展分析儘快實現科學產出的基礎。保護和發揮好科學研究主體——科學團隊的積極性是一個科學任務是否能獲得重大產出的最重要的前提。

相反，如果項目由管理機關指定、代替科學團隊設立科學目標，科學團隊不能自主安排科學載荷配置，其結果可能會使科學儀器的配置和指標偏離科學研究需求。即使後期任命了科學團隊負責人，由於沒有經過系統性思考和組織，該負責人也無法對科學儀器的指標進行調整，只能對科學數據做一些因陋就簡的分析和挖掘，主動性和積極性都遠不及科學團隊自主提出的項目，科學產出的效果將大大降低，失去獲得重大科學突破的機會。

參照發達國家的發展經驗，我國對空間科學的投入還處於初級階段。整個「十二五」期間我國對空間科學衛星的投入，也僅僅是地面上一個中等規模的加速器的投入，僅僅是美國在該領域一年投入的 1/10[9]。這與我們國家建設世界科技強國的目標極不相稱。因此，我們建議：

（1）將目前中科院正在實施的空間科學衛星系列計劃（空間科學先導專項）提升為國家「科技創新2030—重大項目」，實施「空間科學 2030 計劃」，力爭在 2030 年前，在重大基礎科學前沿領域獲得多個諾貝爾獎級別的科學成果。

（2）建立空間科學國家實驗室，由中央直接抓空間科學領域的重大突破，年度預算計劃單列。滾動幾年後，確保每年有數個新的科學衛星計劃入選，每年有數個新的科學衛星計劃發射。到 2030 年力爭達到美國目前對空間科學衛星計劃的支持力度。

5 結語

實現習近平總書記提出的建設世界科技強國的「三步走」戰略目標，是全黨、全國，特別是科技工作者的歷史使命和責任。在新的歷史時期，提出和實施類似於「兩彈一星」的重大科技任務，是科技工作者當前仍然在討論但是沒有結論的熱點問題。本文從國家發展的歷史進程分析了當前的國家需求與 60 年前的國家需求的不同點，提出了實現基礎科學前沿的重大創新突破已經成為新時期的重要的、核心的國家需求。

圍繞這一論點，我們討論了實現這一需求的具體途徑，就是實施有組織的、定向的重大基礎研究計劃。本文進一步指出，空間科學衛星系列就是具備了滿足上述重大國家需求，有組織、定向的重大基礎研究計劃，簡言之，發展空間科學衛星系列就是新時期歷史條件下的「兩彈一星」任務。

參考文獻

1 中共中央, 國務院. 國家創新驅動發展戰略綱要. 北京: 人民出版社, 2016.

2 習近平. 為建設世界科技強國而奮鬥——在全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協第九次全國代表大會上的講話. 北京: 人民出版社, 2016.

3 鄧小平. 鄧小平文選（第三卷）. 北京: 人民出版社, 1993:279-280.

4 劉慧. 國家安全藍皮書: 中國國家安全研究報告（2014）. 北京: 社會科學文獻出版社, 2014.

5 中共中央文獻研究室. 習近平關於科技創新論述摘編. 北京:中央文獻出版社, 2016.

6 Yin Juan, Cao Y, Li Y H, et al. Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers. Science, 2017, 356(6343):1140-1144.

7 國務院. 國務院關於印發「十三五」國家科技創新規劃的通知. 國發〔2016〕43號, 2016.

8 吳季. 空間科學發展規劃2016—2030. 北京: 科學出版社,2016.

9 National Aeronautics and Space Administration. FY 2018 Budget Estimates. [2017-08-15]. https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/fy_2018_budget_estimates.pdf.

來源：中科院院刊

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