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| 內容簡介： |
本书是空间科学先导专项（一期）预研项目的成果汇编。内容包括空间科学预先研究项目、空间科学背景型号项目和空间科学任务概念项目等3部分170余项课题，每项课题分别从课题背景、主要目标、主要研究内容、代表性成果产出、后续应用等方面介绍。这些预研项目培育了一系列原始创新的任务概念和建议，并开展了前瞻技术预研和关键技术攻关；为“夸父一号”“爱因斯坦探针”等空间科学卫星任务提供了重要输入，推动了我国“十二五”“十三五”乃至更长时间内空间科学的发展。
本书可供科技工作者、高校学生和社会公众了解空间科学预先研究成果，也可供相关管理部门决策参考。
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| 關於作者： |
吴季，研究员，中国空间科学学会理事长，中国科学院国家空间科学中心原主任，国际宇航科学院（IAA）院士。曾任中科院空间科学先导专项负责人。
王赤，空间物理学家，中国科学院院士，中国科学院国家空间科学中心研究员、主任，空间天气学国家重点实验室主任，中国科学院大学地球与行星科学学院教授、博士生导师，主要从事空间物理和空间天气研究。
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| 內容試閱：
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前言
——加快孕育空间科学新任务的金种子
习近平总书记指出，探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。而每每谈及在创新发展“快车道”上高歌猛进的中国航天，空间科学先导专项却是大家有点儿熟悉又略感陌生的名字。说熟悉，是因为“悟空”“墨子”“慧眼”“实践十号”“微笑计划”等系列科学卫星已越来越频繁地出现在党和国家的重要文件中，它们的科学成果也被各类新媒体关注和传播，成为青少年和公众热追的高科技“网红”，而这些仅是空间科学先导专项攻关创新的部分成果；说陌生，是因为空间科学先导专项是中国航天空间科学拼图的新生力量，从2011年“呱呱坠地”至今也就13岁，与近70年发展史的中国航天事业相比，可谓“阳光少年”一枚。
“少年强则国强。”空间科学先导专项实施伊始，就确立了坚持科学目标牵引、实现重大原创突破的初心，扛起了加速我国空间科学发展的历史使命。十余载光景值得总结，空间科学先导专项既有系列科学卫星工程任务，更重要的是建立了促进空间科学持续健康发展的完整创新价值链，孕育了一大批空间科学任务的“金种子”，有力支撑了21世纪以来我国的空间科学探索和实验。限于现阶段资源等方面的约束，科学家们提出的众多空间科学任务还未能争取到工程实施的机会，但它们构成了我国空间科学跨越腾飞的坚实基础。我们编著本书，既是记录空间科学研究的历史，也是推介空间科学任务的概念。
（一）空间科学的突出特征是利用航天器产出新知识。
与历史悠久的天文、地理、生物等传统基础学科相比，空间科学是依托航天器平台研究宏观和微观世界的前沿交叉学科，是1957年人类社会进入太空时代的产物。其突出特征是利用科学卫星、深空探测器或空间站等平台，进行空间天文、日球层物理、行星科学和空间地球科学观测与研究，开展空间环境下的科学实验，促进天体生物学、系外行星探测和地外生命探寻，支持载人深空探索。其核心价值在于产出“四新”，即新发现、新规律、新理论和新知识。自20世纪60年代以来，空间科学在基础科学前沿催生了诸多诺贝尔奖级的重大发现和原创科学成果，拓展了人类对自然世界的认知边界，不断更新人类的知识图谱，日益成为基础研究原创突破的“策源地”。
（二）空间科学任务是科学目标牵引科学产出导向的航天任务。
空间科学是中国航天活动的三大领域之一，空间科学任务与应用卫星任务不同，是一类具有鲜明特征的航天任务。简而言之，空间科学任务指的是为了实现既定的科学探索目标，针对科学卫星（广义，包括地球轨道科学卫星、深空探测器和空间站等航天器，以下同）或搭载其他航天器平台的科学载荷（如“天宫二号”搭载的伽马暴偏振探测仪POLAR）所开展的，从规划、遴选、立项、研制、发射，到科学运行或实验、完成数据分析、产出原创成果的全生命周期的科研活动。
可以看出，空间科学任务构成了完整的创新价值链，具有体现国家意志、投资大、用时长，瞄准基础研究从0到1重大突破，必须久久为功的特点。为遂行科学高效的管理，常从投资占比和研发耗时的角度，将其分为空间科学预研和空间科学工程两大类项目。实际上，为便于国际合作交流，对比美国和欧洲的相关管理实践，可以看出前者相当于美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）所称的PreFormulation（策划前，PrePhase A）；后者相当于Formulation（策划/方案） Implementation（实施），即从Phase A到F的阶段。
（三）任务带学科打通空间科学创新价值链最后1公里。
为推动我国空间科学发展，在国家相关部委的支持下，中国科学院经过长期的探索和创新，强化了对空间科学发展战略规划和基于科学数据的基础研究，创新发展了“首席科学家 工程两总”的科学卫星工程管理体制，以科学卫星系列为抓手，通过“任务带学科、学科促任务”，建立和完善了我国空间科学任务创新价值链，并成功辐射带动了国家相关重大航天工程任务的空间科学与应用。
回眸过往，早在2009年，中国科学院就开始通过院创新重要方向项目，支持面向全国高校院所和行业研发机构的空间科学研究课题，形成了中国至2050年空间科技发展路线图。2010年3月，国务院第 105 次常务会议审议通过，同意中国科学院组织实施战略性先导科技专项。2011年1月，经中国科学院党组会审议通过，空间科学先导专项立项启动实施，旨在最具优势和最具重大科学发现潜力的科学热点领域，通过自主和国际合作科学卫星计划，实现科学上的重大创新突破，带动相关高技术的跨越式发展，充分发挥空间科学在国家创新驱动发展中的重要战略作用。
“十二五”期间，空间科学先导专项部署了暗物质卫星、量子卫星、“实践十号”和HXMT卫星4个科学卫星工程项目；同时还部署了一批空间科学背景型号和预先研究项目。为加快实现重大原创突破，空间科学先导专项提出并补齐了中国航天空间科学基础研究的空白，通过中国科学院国家自然科学基金委空间科学卫星科学研究联合基金支持了“悟空”“墨子”“实践十号”“慧眼”的科学数据分析研究，并推动在科技部重点研发计划设立“空间科学”重点专项规则项目，支持我国科学卫星、深空探测和载人航天的空间科学基础研究，打通了空间科学任务创新价值链的最后1公里。
（四）空间科学预研主要完成任务概念研究和关键技术攻关。
如上所述，空间科学预研项目是与空间科学卫星工程相对的一类研究项目和课题。它覆盖了空间科学任务全生命周期的前后两端，具有重要的意义，具体包括5种：空间科学发展规划和政策研究、空间科学任务概念项目、空间科学预先研究项目、空间科学背景型号项目和空间科学基础研究项目。
实际上，迄今空间科学先导专项已部署支持了逾260项空间科学预研课题，60家以上的中国科学院及相关院所、高等院校，作为牵头单位或参加单位承担了各课题、子课题研究任务，支持我国科研工作者大胆设想、小心求证，从探索宇宙奥秘的原创科学思想出发，通过严慎细实的预研工作，不断凝练科学目标，优化探测方案，完成关键技术原理验证和初步攻关，使之转化为有望工程实施的创新型空间科学任务。
如果说空间科学任务概念项目是科学家探索宇宙和生命起源演化的“金种子”，那么空间科学预先研究项目就是供给它们的“试验田”，空间科学背景型号项目就是未来空间科学任务的“孵化器”，而空间科学基础研究则是收获辛勤探索成就的“晒谷场”。播一粒粟，收满仓谷。实践证明，这些空间科学预研工作自身成果产出远超预期，为推动空间科学卫星系列的起步和工程实施奠定了重要基础，同时亦为深空探测和载人航天空间科学任务遴选提供了有效输入，为我国科学家开展世界级研究提供了支撑。
（五）本书特色。
应该说，本书汇聚的科学成果是我国空间科学工作者集体智慧的结晶，彰显了他们面向世界空间科学前沿，面向国家空间科学发展重大战略需求，在探索浩瀚宇宙奥秘、发展先进空间探测技术道路上的辛勤努力。从本书可以看出，我国空间科学家勇于直面极端宇宙、时空涟漪、日地全景和宜居行星探索的最前沿难题，矢志在我国有基础、有优势的宇宙起源和演化、太阳系与人类的关系等科学主题上，既有独到的思考和大胆的创新，也有与航天强国同台竞技、只争朝夕的勇气。
作为本书编著者，我们力求尊重科研创新的实际过程，记录历史，保护原创。实际上，每一个课题都形成了较完整的科研档案，几乎可以单独成册。但是限于篇幅，我们仅撷取课题亮点，给出了进一步检索的参考，为感兴趣的读者提供入口。我们相信，创新要站在前人的肩膀上，进一步提出空间科学任务的新方案，拓展认知宇宙的新窗口，做出中国人的新贡献。
（六）致谢。
为加速我国空间科学发展，2015年中央机构编制委员会办公室批复同意原中国科学院空间科学与应用研究中心正式更名为中国科学院国家空间科学中心（简称空间中心），作为我国空间科学及其卫星项目和中国科学院月球与深空探测任务的总体性研究机构、我国空间科学领域的研究中心和创新高地，负责组织开展国家空间科学发展战略规划研究，具体负责中国科学院空间科学先导专项的组织与实施，开展空间科学及相关应用领域的创新性科学研究与技术发展和实验工作。
空间科学与深空探测规划论证中心（简称论证中心）作为负责空间科学先导专项管理的总体部门，具体负责了空间科学预研项目的管理。在我国空间科学界的大力支持下，空间科学先导专项已成功实施两期，科学卫星系列及其成果产出已产生了重要国际影响，空间科学预研项目为“十四五”乃至2035年空间科学任务的遴选和实施提供了重要的输入。
为了总结和回顾我国空间科学发展的历程，并记录空间科学任务发展全生命周期中极为重要的前期工作，负责先导专项预研工作的论证中心，在专项负责人吴季、王赤的领导下，历时1年，以科研和管理档案为基础，并在近160位课题负责人、近30位责任专家的支持下，动议并具体承担了本书的编辑工作。在此特别感谢前后三任论证中心主任孙丽琳、范全林和曹松，以及承担了大量项目管理工作和具体编辑工作的白青江、李明、时蓬、宋婷婷、魏海燕、尤亮和王琴等。范全林负责了全书的统稿。
限于项目众多且距离各项目结题时间较长，书中可能仍存在不少遗漏，我们恳请各项目负责人和读者-批评指正，以便再版时做出更正。
衷心感谢中国宇航出版社对本书出版的支持，感谢各位读者对中国空间科学事业的关注。建设航天强国、科技强国，我们一直在努力。
吴季王赤
2024年5月30日
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