顧逸東：人類的空間活動與空間科學

空間科學是以空間飛行器為主要工作平台，研究發生在地球、日地空間、太陽系乃至整個宇宙的物理、化學和生命等自然現象及其規律的科學。空間科學包括太陽物理學、空間物理學、空間天文學、月球與行星科學、空間地球科學、空間生命科學、微重力科學等分支領域。

1957年第一顆人造地球衞星發射成功以來，人類開展了大規模的空間活動，共發射了6000多顆衞星和深空探測器及300多艘載人航天器，其中約900顆衞星和深空探測器用於科學研究。進入太空開展科學研究，突破性地拓展了人類視野和活動疆域，開創了地面無法實現或受限的全新實驗方法，革命性的發現源源不斷，取得了輝煌成就，極大地豐富了人類知識，深刻地改變了人類的自然觀和宇宙觀，為當代科學技術發展做出了重大貢獻。

空間時代的大科學

1957年10月4日，蘇聯成功發射了第一顆人造衞星，標誌着人類進入空間時代。60多年來，人類開展了大規模的空間活動，共發射了6000多顆衞星和深空探測器、300多艘載人航天器。人類登上了月球，建造了空間站。各種功能的衞星遍佈地球低、中、高軌道，深空探測足跡遍及太陽系所有行星，觀測視野直達可見宇宙的邊緣。人類的空間活動深刻地改變了社會面貌和人類認知，成為當代科技進步和社會發展的顯著標記。

在人類空間活動中，科學探索和研究不斷拓展領域，不斷取得重大成就，與天文學、地球科學、物理學、生命科學等當代基礎科學的關聯越發緊密，得到各空間科學大國的高度重視，並在空間計劃中給予長期穩定的支持，形成了較完整的基於空間任務的基礎科學研究領域——空間科學。空間科學不是一般意義上的一門獨立學科，而是在人類進入空間時代後發展起來、主要利用空間飛行器開展研究的多個科學領域的總稱。

據不完全統計，已經發射的專門或主要用於科學研究的衞星和深空探測器有900多顆，約佔總數的15%，投入約佔各國政府航天預算的20%。許多科學衞星和深空探測活動規模巨大、技術複雜，建造的多個空間實驗室和空間站成為綜合性的空間研究設施，實施了上百個大型空間科學研究計劃，開展了6000多項空間科學實驗研究。從科學研究的角度看，與地面上建造的宏大的基礎科學研究設施相比，空間科學活動無論是規模、造價還是科學成就都毫不遜色，堪稱空間時代的大科學，對當代科學技術的整體發展做出了不可替代的重大貢獻。

空間科學、空間技術和空間應用

空間科技領域主要包括空間科學、空間技術和空間應用三個作用不同而又密切關聯的部分。

空間科學

空間科學是以空間飛行器為主要工作平台，研究發生在地球、日地空間、太陽系乃至整個宇宙的物理、化學和生命等自然現象及其規律的科學。空間科學發展到今天，已經是包括空間物理學、太陽物理學、空間天文學、月球與行星科學、空間地球科學、空間生命科學、微重力科學等分支領域的綜合性科學。空間科學涉及太陽系乃至宇宙的起源演化、物質結構、生命起源、人類生存環境等基本和重大基礎前沿科學問題，也包括在空間特殊或極端條件下關於物質運動和生命活動規律的基礎科學與應用研究，是人類認識自然並獲取新知識的重要源泉之一。

空間技術

空間技術即航天技術，是探索、開發和利用空間的綜合性工程技術體系，包括航天運載器、空間飛行器，以及航天發射場、測控通信系統等設施。幾十年來，空間技術的發展日新月異，創造了人類歷史上一個又一個激動人心的工程技術奇蹟，是空間科學與應用的基礎和保障。

空間應用

空間應用指服務於經濟社會發展和軍事用途的空間與地面設施及相關活動，包括各種應用衞星和相應地面應用系統。應用衞星有通信衞星、廣播衞星、中繼衞星、導航衞星，以及多種對地觀測衞星，如氣象衞星、海洋衞星、資源衞星、環境衞星、測繪衞星、軍事偵察衞星、預警衞星等。當今空間應用越來越深入地滲透到經濟、社會、公眾生活和軍事活動各個方面，成為社會發展和軍事鬥爭不可或缺的基礎設施。空間應用也包括未來可能實現的直接開發利用空間能源和物質資源等活動。

空間科學、空間技術和空間應用具有密切的內在聯繫，並相互促進、相互滲透。一方面，空間技術催生出具有重大影響的空間科學，創建了具有巨大效益的空間應用產業，空間技術的進步有力地保障了空間科學和空間應用，並不斷拓展其深度和廣度；另一方面，從根本上講，空間科學和空間應用是空間活動的主要目的，人類探究太空奧秘的渴望及人類進入太空後出乎意料的巨大科學應用和軍事收益，成為推動空間技術持續發展的不竭動力。此外，空間科學對推動空間技術的發展有特殊作用，其不斷超越前人和挑戰極限的內在需求有力地牽引着空間技術向更高水平發展，促進尖端探測技術進步，不斷創造最新方法，是航天核心技術發展的強勁動力，也是空間應用的先導和基礎。同時，空間應用中提出的科學問題和採用的先進技術也促進了空間科學的發展。

空間科學的作用

空間科學的主要作用是利用其獨特優勢發現新現象、探索科學規律。進入太空開展科學研究，衝破了地球大氣屏障，直接面對或深入廣袤無垠的宇宙，突破性地拓展了人類的視野和活動疆域，另闢蹊徑地開創了地面無法進行或受限的全新實驗方法，成為全新的當代科學研究的主要途徑之一。空間科學以前所未有的嶄新手段和強大能力開展研究，取得了重大成就，在許多領域中的科學發現猶如井噴，革命性的發現源源不斷，極大地豐富了人類的知識，深刻地改變了人類的自然觀和宇宙觀，為當代科學技術的整體發展做出了巨大貢獻。

空間科學涉及當代基礎科學的許多前沿領域，不斷湧現出新的重大科學挑戰，是充滿新發現機遇的突破口，成為當代自然科學許多領域的探路者和探索發現的先鋒。

當今，空間科學、空間技術和空間應用組成了航天領域的三大支柱。由於空間科學獨特的作用，空間科學的探索和研究高潮迭起，其成果產出源源不斷，成為推動空間技術發展的活躍力量，在航天領域中佔有重要和特殊的地位。

空間科學的分支領域劃分

本書從空間任務與各相關學科結合的角度研究空間科學及其發展戰略，將空間科學劃分為太陽物理和空間物理學、空間天文學、月球與行星科學、空間地球科學、空間生命科學、微重力科學等分支領域或學科。

本文摘編自《中國學科發展戰略·空間科學》，內容有刪減，標題為編輯所加。

國家自然科學基金委員會與中國科學院聯合資助的學科發展戰略研究系列報告，針對重要前沿領域的交叉學科和新的學科生長點，分析學科特點、研究現狀與發展態勢，指出關鍵科學問題、發展目標與重要研究方向，提出有利於學科發展的資助機制與政策建議。研究報告對廣大科技工作者和相關領域管理決策者具有重要參考價值，也是社會公眾瞭解我國學科發展態勢的重要讀本。

目錄

總序 i

前言 v

摘要 vii

Abstract xix

第一章 空間科學概論 1

第一節 空間科學及其分支領域概述 1

一、人類的空間活動與空間科學 1

二、空間科學各分支領域概述 4

三、空間科學的特點和規律 11

第二節 空間科學發展歷史、現狀和趨勢 18

一、空間科學發展的歷史和現狀 18

二、空間科學的發展趨勢 31

第三節 我國空間科學發展狀況 40

一、我國空間科學的發展歷史和現狀 40

二、我國空間科學的主要計劃和發展前景 44

三、我國空間科學在國際上的地位和存在的問題 52

第四節 空間科學的意義和戰略地位 56

一、基礎研究的前沿領域 56

二、推動航天科技發展的不竭動力 57

三、創新驅動發展的重要陣地 58

四、提升綜合國力的重要途徑 59

參考文獻 59

第二章 太陽物理和空間物理學 62

第一節 科學意義和戰略價值 62

一、太陽物理和空間物理學概述 62

二、太陽物理和空間物理學的科學意義及戰略價值 64

第二節 發展歷史、現狀和趨勢 66

一、國際太陽物理和空間物理學發展狀況 66

二、我國太陽物理和空間物理學發展情況 80

第三節 發展方向與發展戰略 89

一、發展目標和關鍵科學問題 89

二、發展戰略和部署建議 92

參考文獻 98

第三章 空間天文學 100

第一節 科學意義和戰略價值 100

一、空間天文學概述 100

二、空間天文學的科學意義和戰略價值 108

第二節 發展歷史、現狀和趨勢 110

一、國際空間天文學發展狀況 110

二、我國空間天文學發展情況 122

三、空間天文學發展態勢分析 132

第三節 發展方向與發展戰略 134

一、發展目標和關鍵科學問題 134

二、發展戰略和部署建議 136

參考文獻 148

第四章 月球與行星科學 150

第一節 科學意義和戰略價值 150

一、月球與行星科學概述 150

二、月球與行星科學的科學意義和戰略價值 152

第二節 發展歷史、現狀和趨勢 153

一、國際月球與行星科學發展狀況 153

二、我國月球與行星科學發展情況 180

三、月球與行星科學發展態勢分析 187

第三節 發展方向與發展戰略 188

一、發展目標和關鍵科學問題 188

二、發展戰略和部署建議 191

參考文獻 196

第五章 空間地球科學 198

第一節 科學意義和戰略價值 198

一、空間地球科學概述 198

二、空間地球科學的科學意義和戰略價值 203

第二節 發展歷史、現狀和趨勢 208

一、國際空間地球科學發展狀況 208

二、我國空間地球科學發展情況 228

第三節 發展方向與發展戰略 239

一、發展目標和關鍵科學問題 239

二、發展戰略和部署建議 241

參考文獻 245

第六章 空間生命科學 247

第一節 科學意義和戰略價值 247

一、空間生命科學學科概述 247

二、空間生命科學的科學意義和戰略價值 254

第二節 發展歷史、現狀和趨勢 256

一、國際空間生命科學發展狀況 256

二、我國空間生命科學發展情況 272

第三節 發展方向與發展戰略 285

一、發展目標和關鍵科學問題 285

二、發展戰略和部署建議 287

參考文獻 295

第七章 微重力科學 297

第一節 科學意義和戰略價值 297

一、微重力科學概述 297

二、微重力科學的科學意義和戰略價值 301

第二節 微重力科學發展歷史、現狀和趨勢 307

一、國際微重力科學發展狀況 307

二、我國微重力科學發展情況 329

三、微重力科學發展態勢分析 342

第三節 發展方向與發展戰略 343

一、發展目標和關鍵科學問題 343

二、發展戰略和部署建議 346

參考文獻 353

第八章 學科發展的政策建議 355

第一節 政策和體制機制建議 355

一、振興我國空間科學的政策建議 355

二、完善我國發展空間科學的體制機制 357

第二節 發展路線、途徑和保障措施建議 359

一、空間科學發展路線圖建議 359

二、發展途徑和保障條件 360

三、對空間科學資助的建議 371

關鍵詞索引 374

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