中國科學院院士王赤：中國空間科學投入僅NASA的五十分之一，目標是2049年接近
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文 | 崔玉賢
出品 | 本站科技《逐夢星空》欄目組
精彩觀點：
1、地球就像是飄在宇宙中的一葉小舟，人類需要了解地球家園的深空環境。
2、雖然中國的空間科學已取得了長足進步，但有關數據仍需引起關注：我們國家對空間科學經費的投入，只相當於歐空局的1/5，美國NASA的1/50，也就是說，我國的空間科學還處於起步階段。
3、太空資源的利用是未來發展的必然趨勢，但目前最大的問題就是成本與效益間的問題：起步階段高投入不一定有高回報。
4、目前國際上航天大國普遍重視制定太空相關政策，進行太空治理，中國應該更多地參與到國際太空治理體系當中，擁有自己的話語權。
5、如果想要趕超歐美，我們需要在空間科學領域得到國家持續地、高強度的支持。
6、若要實現中國空間科學與歐美比肩，第一階段目標，是在2035年實現與歐洲水平的接近，第二階段目標，是在2049年與美國水平靠近。
他是誰？
他是中科院空間科學（二期）先導專項負責人，“太陽風—磁層相互作用全景成像衛星計劃”（SMILE）中方首席科學家，嫦娥四號工程副總師，嫦娥五號和火星探測有效載荷負責人；他還曾是暗物質粒子探測衛星工程副總指揮和“子午工程”總工程師。2019年，當選爲中國科學院院士，他就是中國科學院國家空間科學中心主任王赤。
正文：
“如果沒有自己的空間科學衛星計劃，我們所使用的數據都是二手數據，使用二手數據做出一流的科學成果是很困難的”王赤說道。
談到空間科學研究，王赤認爲，中國在該領域雖然在近幾年取得了長足的進步，但仍處於起步階段，與航天強國相比還有巨大差距。
王赤拿出了一組對比數據：整體而言，中國空間科學的原創性成果較少，對人類知識的貢獻度與大國地位不相稱，一個重要的原因是投入有限，中國對空間科學經費的投入，大致只相當於歐空局（ESA）的1/5，美國航空航天航局（NASA）的1/50。
據瞭解，美國國家航空航天局（NASA）2022財年預算總額248.01億美元，其中空間科學預算79.31億美元，佔NASA 2022年總投入的32%，用於支持基礎研究、在軌運行和未來科學任務研發。
而中國空間科學預算只佔到中國航天預算的不到10%。“我們希望到2035年，整個國家在空間科學的投入能夠到達15%，2049年能夠達到20%。”王赤提到。
雖然空間科學投入高、風險大、見效慢，但王赤認爲空間科學對建設科技強國有着重要的作用，空間科學不僅可以擴充人類知識體系，還可以帶動空間技術的進步，而空間技術的進步又與人類日常生活息息相關，空間科學可以推動基礎科學實現突破，助力我國科技強國、航天強國戰略實施。
雖然我國的空間科學起步比較晚，但隨着空間科學先導專項一二期的實施，如先導專項一期的暗物質粒子探測衛星（悟空號）、量子科學實驗衛星（墨子號），王赤認爲中國已經取得了非常大的突破。
據悉，中國科學院正在推動先導專項二期的項目，爲期5年，主要圍繞宇宙和生命起源與演化、太陽系與人類的關係兩大科學前沿，在時域天文學、太陽磁場與爆發的關係、太陽風-磁層相互作用規律、引力波電磁對應體等方向開展科學衛星研製。
王赤透露，2022年中國將發射先進天基太陽天文臺（ASO-S），主要研究太陽的爆發活動，與磁場之間的關係；2023年將發射愛因斯坦探針，用軟x射線波段來捕捉黑洞及其爆發、引力波源電磁對應體、超新星等天文現象。
後續還將發射太陽風—磁層相互作用全景成像衛星，對向陽側磁層頂、極尖區和地球極光進行全景成像等。
“雖然我國空間科學已取得了長足進步，但要想趕超歐美，還需要國家持續、高強度地支持。”王赤表示。
一方面是經費投入的支持，另一方面就是人才隊伍的培養。“非常高興行星科學已經被列爲國家一級學科，這對行星科學的發展非常有意義。”
正如前文提到的，如果中國空間科學經費投入能夠在2035年達到15%，2049年達到20%，那麼，王赤認爲，中國空間科學比肩歐美也將在這個時間範圍內實現。
以下爲本站科技在2021未來科學大獎週期間，採訪中國科學院院士、中國科學院國家空間科學中心主任王赤的部分內容：
問題：在今年召開的中國航天大會上您透露，中國已經啓動太陽系邊際探測工程論證工作，兩艘中國探測，將分別向着相反方向前進，探索太陽系的邊際空間。目前工作進展如何？探索太陽系邊際空間的意義何在？
王赤：我國的太陽系邊際探測正在論證當中，其實太陽系邊際探測對中國空間的技術還是有極大挑戰的。
第一個原因，就是太陽系邊界太遠，甚至比到火星的距離多了100倍，這就需要克服極遠距離的挑戰。
如果這麼遠，在光速每秒鐘30萬公里情況下，來回一次就需要十幾個小時甚至20個小時，這就需要飛船完全自主可控，我們不可能在地面遙控它。
同時航天器發射也需要有極大的運載能力，但中國現在最大的運載能力還是比較有限的。
距離遙遠給我們帶來的另外一個挑戰是，由於光線衰減隨着距離的平方成反比，因此太陽系邊際是非常暗的。
我們知道，衛星上都要升一個太陽帆板（太陽能電池），而太陽能電池在太陽系邊際就起不到作用了，光線會非常弱，能量從哪裡來？ 可能的解決途徑包括利用同位素熱源或者核反應堆，後者的技術還不是很成熟。
另外，能源有限的情況下，距離又是很遙遠，數據傳輸也成了問題。因此，從技術上還是要解決能源問題。
既然存在諸多技術挑戰，我們爲什麼還要到太陽系邊際去呢？
我認爲有三方面的意義：
首先是可以推動空間技術的發展，解決極遠、極暗、極冷的技術挑戰；
在科學方面，地球就像飄在宇宙中的一葉小舟，人類需要了解地球家園的深空環境；在太陽系邊際探測的沿途飛行過程中，我們還有可能遇到很多太陽系的典型天體，包括巨行星、小行星、行星際塵埃等，通過對這些天體的瞭解，可以勾畫出太陽系是怎麼形成和演化的。
可能還有一個疑惑，爲什麼一個向前一個向後？
因爲這兩個區域目前爲止沒有任何人類航天器去過，這兩個方向都是無人區。從兩個方向前進，就會更方便地瞭解整個太陽系的分佈特徵。
如果只是一個方向，就不知道日球層到底是圓的還是橢圓的，兩個方向就可以大致知道是否對稱。
問題：王老師您長期從事太陽風相關研究，您是何時與這個領域結緣的？其中，您走過了一個怎樣的研究歷程？
王赤：應該說從小就結緣了。小時候我比較喜歡看星星，特別是有時候能看到流星飛過去，就覺得特別好奇，非常想了解其中的科學原理，想要探究自然的奧秘是什麼。
後來，我進入了中國科技大學地球與空間科學系，那時候我還分不清楚天文跟空間有什麼區別。
再後來，我進入到美國麻省理工學院（MIT）的“旅行者2號”等離子體團組。我的博士生導師就是美國“旅行者2號”等離子體的團隊的首席科學家，我的博士論文就是關於“旅行者2號”等離子體的數據分析。
2000年左右，中國科學院推出了“百人計劃”，我認爲這個舞臺很不錯，而且也是聚焦在空間科學領域，就決定回國了。
我覺得，對我科研經歷影響最大的有兩個關鍵因素：
第一就是中科大的人才教育培養機制，“紅專並進、理實交融”。
第二個是美國MIT，能夠讓我接觸到美國“旅行者2號”——這是NASA有史以來最偉大的航天項目。
問題：您研究方向的每一次拓展背後的原因和動力是什麼？
王赤：我覺得是好奇心和毅力，尤其是好奇心。我在科研的每一個進步，都覺得自己像個孩子一樣發現了小寶藏，特別欣喜。
當然，做科研也非常枯燥（更需要毅力，需要堅持），但是如果你在每一步中都能取得一些成果，並且收穫很多欣喜，就可以鼓勵自己堅持下來。
問題：我們發現中國已經有企業開始對太空資源進行有步驟有規劃的進行研究和開採，對此您怎麼看待？月球的探索，美國方面探測到了水，您認爲未來會發生太空資源的爭奪嗎？
王赤：太空資源的利用是未來發展的必然趨勢，但目前最大的問題就是成本與效益間的問題：起步階段高投入不一定有高回報。
目前，太空資源的利用還處於萌芽階段。
對於未來太空資源的爭奪，個人認爲首先要有實力，纔有話語權，這是硬實力決定的。
另外，當然也需要軟實力的助力。目前國際上航天大國都重視制定太空相關政策，進行太空治理，中國應該更多地參與到國際太空治理體系當中，擁有自己的話語權。
問題：我們知道您一直對空間科學有研究，並且擔任着中國科學院國家空間科學中心主任，想請問一下您認爲目前中國的空間科學研究相比10年前有了哪些進步？呈現了怎樣的特點？
王赤：總體而言，我國的空間科學還處於起步階段。
中國的航天首先發展的是空間技術；第二考慮的是空間應用，比如氣象、海洋衛星、北斗衛星等；第三才是空間科學。這也是由發展階段決定的，有其合理性。而現在，我們都是世界第二大經濟體了，該爲人類文明和進步做出更大貢獻了。
空間科學是做什麼的？它是以科學發現爲目標，其目的是產生新的知識，瞭解未知。（這方面）我們國家以往支持的比較少，我國第一個真正以科學發現爲目標驅動的衛星計劃是2003年、2004年發射的“雙星計劃”，是與歐空局合作的空間科學衛星，主要目的是要了解地球空間的動力學過程。
2003年-2004年之後，中國幾乎就沒有空間科學衛星計劃；直到2011年，中科院設立了空間科學先導專項，部署了系列科學衛星的任務：比如悟空號，墨子號，硬x射線（調製望遠鏡）也就是慧眼號，以及實踐10號。
中國科學院空間科學先導專項一期4顆衛星取得了不少成果，影響力也很大。
當前，我們正在實施中國科學院空間科學先導專項二期。
首先是太極一號，是空間引力波探測的技術試驗衛星，但是離探測到空間引力波還有很大一段距離，但我們邁出的第一步。
第二，我們發射了引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星，也就是“懷柔一號”，將會全天監測引力波伽馬暴、快速射電暴高能輻射等高能天體爆發現象，推動破解黑洞、中子星等緻密天體的形成、演化奧秘。
第三，我們剛剛發射了可持續發展科學衛星1號，對地球進行觀測，用微光等觀測手段來刻畫人類活動與自然之間的關係。
2022年，計劃發射對太陽的觀測衛星，也就是先進天基太陽天文臺（ASO-S），主要研究太陽的爆發活動，與磁場之間的關係。
2023年，計劃發射愛因斯坦探針，用軟x射線波段來捕捉到黑洞及其爆發、引力波源電磁對應體、超新星等天文現象。
最後，還有一個太陽風—磁層相互作用全景成像衛星，對向陽側磁層頂、極尖區和地球極光進行全景成像，這也是中國與歐空局聯合的空間科學衛星計劃。
雖然中國的空間科學已取得了長足進步，但有關數據仍需引起關注：我們對空間科學經費的投入，只相當於歐空局的1/5，美國NASA的1/50，我國的空間科學還處於起步階段。
問題：中國的空間科學研究相比國外來說目前處於怎樣的水平？是否還有一定差距？還有哪些領域有望追趕甚至趕超？
王赤：空間科學是實驗觀測科學，如果沒有足夠的自主空間科學衛星任務，我們所使用的數據就都是二手數據，使用二手數據做出一流的科學成果是很困難的。
因此，如果想要趕超歐美，我們需要在空間科學衛星任務方面得到國家持續地、高強度的支持。
第二，關於人才隊伍，空間科學領域的隊伍還是有限的，比如說目前真正的行星科學的科學家相對較少，大多是從其他領域轉行過來的。
但非常高興是，行星科學目前已列爲國家一級學科，這對學科的發展具有非常重要的意義。
美國幾乎每一所著名的綜合性大學都有地球和行星科學系，但在我國大學很少有這樣的情況，所以從學科發展的視角來看，人才的培養體系方面還有很大的差距。
要實現趕超，人才的培養非常重要。
實際上，在某些方面我國也有很多亮點，比如空間科學先導專項一期的暗物質粒子探測，量子科學實驗衛星，但要從點的突破到大面積的超越，再到整體的領先，還是很有挑戰性的。
問題：如果國家給予持續的支持，那麼還需要多久，中國的空間科學才能趕上歐美？
王赤：我國空間科學佔航天活動經費估計還不到10%，而美國NASA是30%多。
我們期待到2035年，我國在空間科學的投入能達到15%；到2049年投入達到20%。
若要實現我國空間科學與歐美比肩，第一階段目標，是在2035年實現與歐洲水平的接近，第二階段目標，是在2049年實現與美國水平靠近。