不忘初心,打造国际一流空间科学中心——专访中国科学院国家空间科学中心主任王赤

2019年2月4日17:01:06不忘初心,打造国际一流空间科学中心——专访中国科学院国家空间科学中心主任王赤已关闭评论 51 views

不忘初心,打造国际一流空间科学中心——专访中国科学院国家空间科学中心主任王赤

作为万物灵长,人类从未停止探索的脚步。从山川到河流,从大陆到海洋,甚至模仿鸟类乘坐飞行器在蓝天翱翔,地球的各个疆域都留下人类的身影。直至六十年前,人类更是不满足于仰望星空,迈开了向宇宙空间进军的步伐。

随着对太空奥秘的探索,人类的认知能力逐渐丰富和提升,为满足太空探索而出现的前沿技术也正逐渐改变人类的生活并推进社会文明的进步。

在空间科学领域,我国也没有缺席。作为空间科学的“国家队”,中国科学院国家空间科学中心从60年前成立之初,就肩负历史使命,先后在载人航天、探月工程和应用卫星等重大任务中发挥了重要作用。在空间科学领域,随着空间科学先导专项的实施,空间中心更是扛起了空间科学的大旗,成为空间科学事业发展的重要战略力量。

作为我国空间科学及其卫星工程项目和深空探测的总体性研究机构的负责人,空间中心主任王赤对空间科学发展有着独到的见解,对空间中心有着清晰的定位。 

《科学新闻》:空间科学探索耗资巨大,风险大、见效慢,为什么还要开展空间科学研究?空间科学研究对建设科技强国有哪些重要促进作用? 

王赤:在地球上,除了陆地、海洋、大气之外,还有第四环境,也就是空间。空间是人类开疆辟土必争的战略高地之一,同时,空间也为人类的科学探索提供了广阔的天地。正如你所说,空间科学耗资巨大,风险也大,见效也慢,但为什么还要开展空间科学研究?我想主要有三方面原因。 

首先,空间科学可以扩充人类知识体系。空间科学是相对年轻的学科,1957年第一颗人造卫星上天后,人类才开始利用卫星的平台来开展科学研究。所以空间科学属于前沿科学。同时,空间科学集纳了宏观与微观研究领域,在这两个方向不断取得前沿进展,这又使其成为新颖的交叉学科。前沿与交叉的特性使空间科学在国际上不断产出诺贝尔奖级的科学成果,包括宇宙背景辐射的发现等。可以说,空间科学对于扩充人类的知识体系具有重要作用。 

第二,空间科学会带动空间技术的进步。空间科学有一个非常大的特点,所有在空间科学领域的发现,都基于非常先进的技术。我们要看得越来越远,看得越来越精细,这就推动了空间技术的进步。 

第三,空间技术的进步与人类日常生活密切相关。在了解了空间科学规律的基础上,很多空间科学的基础领域已经开始逐渐进入到应用阶段。比如,空间科学有个分支学科是空间物理,空间物理与我们人类的活动联系起来,就产生了一门新兴应用学科,叫空间天气。我们看到的刮风下雨,是在大气环境中产生的天气现象。在空间,由于太阳活动的影响,会产生很多空间环境变化,我们称之为空间天气。从这个意义上讲,空间科学与空间应用的密切结合为保障国家空间安全,预报灾害性空间天气和推动国民经济发展提供了重要支撑。 

从这三点来看,空间科学对于建设科技强国具有着重要作用。随着我国空间技术发展,如今,我们能把宇航员送上太空,能把探测器送到月球,这给空间科学发展提供了非常好的平台。空间科学在我国航天事业发展中是个短板,如果我们能修补这个短板,就可以推动基础科学实现突破,助力我国科技强国、航天强国战略实施。 

《科学新闻》:作为空间科学研究的“国家队”,国家空间科学中心有怎样的独特定位?承担什么样的特殊使命? 

王赤:1957年苏联发射了第一颗人造卫星。当时,空间中心的创始人,也是第一任所长赵九章先生得知这个消息后,意识到空间是一个很重要的战略高地,于是向中央提出发展我国人造地球卫星的建议。

 建议批准后,研制我国第一颗人造地球卫星成为1958年中科院头等重要的任务。为了发展我国人造地球卫星,中科院成立了“581”组,也就是中科院国家空间科学中心的前身。后来,虽然经过多次变迁,但是发展空间科学,一直是国家空间科学中心的初心。我们先后在实践系列、风云系列等应用卫星项目上,搭载了空间科学实验载荷。但是,我国航天事业从起步开始,一直是面向应用的,空间科学一直是短板,没有自己的空间科学卫星计划。 

直到2003年,国家空间科学中心的刘振兴院士提出了“双星计划”。也就是通过分别位于赤道面和极轨的两颗卫星,组成立体的探测体系来探测地球空间环境。这是我国第一颗真正意义上以科学发现为目标的卫星计划。 

2011年,中科院把空间科学先导专项作为“率先行动”计划一个重要项目。我们立项了空间科学卫星系列。此前,空间中心叫空间科学与应用研究中心,2011年因为承担了空间科学先导专项,肩负了新的责任,开始具体负责空间科学卫星计划的组织和实施,2015年经中编办批准,正式更名为国家空间科学中心。 

国家空间科学中心的定位是我国空间科学卫星计划的工程总体单位,负责开展空间科学的战略研究,组织和遴选空间科学卫星计划,对空间科学卫星计划进行全生命周期管理,直至产出重大成果。 

空间科学先导专项(一期)部署了暗物质粒子探测卫星“悟空”,量子科学实验卫星“墨子”,“实践十号”返回式微重力科学实验卫星,硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”四颗空间科学卫星。空间科学先导专项(二期)于今年7月正式启动,将瞄准宇宙和生命起源与演化、太阳系与人类的关系两大科学前沿,在时域天文学、太阳磁场与爆发的关系、太阳风-磁层相互作用规律、引力波电磁对应体等方向开展卫星研制。 

国家空间科学中心的定位不仅是我国空间科学卫星计划的总体性研究机构,同时,我们还有很强的学科和技术支撑能力。中心在空间科学领域有三大学科方向,分别是:空间物理和空间环境、空间技术、微波遥感。 

未来,希望我们能够像美国宇航局的戈达德空间飞行中心、俄罗斯的空间研究所(IKI)、欧空局的空间技术研究中心(ESTEC)和日本的宇宙科学研究所(ISAS),成为空间科学领域的国际主要的科学中心和创新高地。 

《科学新闻》:根据国家空间科学发展总体部署和自身的定位,国家空间科学中心如何进一步优化科技布局?承担了哪些主要职能?面向哪些主要研究领域? 

王赤:为了更好地适应历史使命,我们进行了一系列改革。在科研布局方面,面向国家重大战略需求,我们设立了三个总体性机构。针对空间科学和月球与深空探测总体规划和战略研究,我们设立了空间科学与深空探测论证中心,担负战略研究、顶层策划、重大任务论证等职责。同时,基于空间科学先导专项工程大总体的职责,我们设立了空间科学卫星工程管理中心。从今年1月开始,中科院月球和深空探测总体部的依托单位从国家天文台变更到国家空间科学中心,主要负责中科院在月球和深空探测任务的科学目标论证,地面支撑系统管理,有效载荷总体等任务。此外,国家空间科学中心还是我国空间科学领域首个国家重大科技基础设施项目——东半球空间环境地基综合监测子午链(子午工程)的牵头单位。为此,我们设立了国家空间天气科学中心。针对学科发展和技术方向,采取了国家重点实验室、院重点实验室和所级重点实验室的总体科技布局框架,希望打造专业型总体机构和创新型实验室。 

《科学新闻》:国家空间科学中心成立以来,特别是空间科学先导专项实施过程中,国家空间科学中心如何提升核心能力?如何培育和促进重大产出? 

王赤:空间科学和深空探测都给我们提供了非常好的开展科学研究的平台。我们只有利用好这些平台,才可能取得重大的成果。在空间科学领域,我们的核心竞争力究竟来自哪里?我想第一个来自于我们有良好的开展空间科学的平台,第二来自于我们学科优势和优秀的团队。目前,我们在空间物理研究、空间天气应用基础研究和空间天气预报方面,在国内乃至国际上都处于第一方阵。我们在被动微波遥感技术上也有可圈可点之处。未来,希望我们在核心学科逐步形成核心技术,成为我们的拳头产品,能够在国内外继续发挥关键作用。 

如何培育和促进重大产出也是我们关心的问题。空间科学研究时间跨度比较长,如果急功近利,很难取得重大成果。对此,一方面希望科学家能够真正沉下心来,能够出科学思想,“十年磨一剑”。比如“双星计划”和“子午工程”,从提出到实施都是经历了10年甚至20年。同时,我们也要注重保护科研人员的积极性。 

根据中科院“一三五”战略布局,在重大突破方面,我们要利用现有基础和力量,瞄准国际前沿产出重大成果。在重点培育方向上将面向未来,不断培育新的学科方向和技术增长点。开展实质性的国际合作,通过国际合作使科学家和工程师从一开始就站到国际前沿,这也是打造核心竞争力,实现科学突破的一条“捷径”。 

《科学新闻》:在空间科学先导专项之外的国家重大航天任务中,国家空间科学中心发挥了哪些重要作用? 

王赤:除了空间科学先导专项之外,在月球和深空探测方面,我们是月球和深空探测的总体部,负责中科院月球和深空探测任务的论证,同时,月球和深空探测要实现科学目标离不开科学探测器,我们还是科学探测器有效载荷的总体单位。在组织中科院内单位开展有效载荷研制方面做出了重要贡献。 

在研制有效载荷方面。我们有两个领域比较突出,一个是空间环境的载荷研制,一个是微波遥感的载荷研制。在我国航天任务中,在这两个领域的探测任务中,我们都发挥了非常重要的作用。比如,刚刚发射的我国电磁卫星“张衡1号”,星上搭载的磁场探测、粒子探测等空间环境探测载荷就是由国家空间科学中心承研的。在海洋系列卫星、中法海洋卫星、风云系列卫星上搭载的雷达高度计、校正辐射计、微波散射计等,也都是由中心研制的。 

《科学新闻》:在空间科学前沿基础研究领域,国家空间科学中心取得了哪些重要科研成果? 

王赤:国家空间科学中心的基础研究更多集中在空间物理和空间天气领域。在空间物理领域,我们有空间天气学国家重点实验室。空间物理的研究包括了日地空间不同的区域。近年来,我们做的重要工作主要包括:魏奉思院士牵头的行星际太阳风的演化和传播规律研究,有助于我们了解从太阳产生的日冕物质抛射事件如何在日地空间传播和演化规律,获得了国家自然科学二等奖。二是“双星计划”使我们对于地球空间的动力学过程有了更加深入的了解。通过多点探测,能够了解地球磁层对太阳扰动的响应过程和变化规律。“双星计划”获得国家科技进步一等奖,并与欧空局的“星簇”计划一同获得国际宇航学会(IAA)颁发的2010年杰出团队成就奖。 

此外,我们还为空间天气数值预报作出了重要贡献,利用磁流体力学来描述太阳爆发,太阳风暴在日地空间的传播和演化,以及太阳风与地球空间的相互作用。我们建立了三维全球太阳风与磁层相互作用MHD模式,在国际上只有美国、日本少数几个国家才具备这种能力,这也为下一步实现空间天气数值预报提供了重要支撑。 

《科学新闻》:在科技平台建设方面,国家空间科学中心有哪些举措?取得了哪些成效? 

王赤:一方面是国家重大科技基础设施项目的建设。“十二五”期间,我们建成并运行了“子午工程”一期,现在我们正推动“子午工程”二期的建设。二期项目建议书已经批复,正在进行可行性研究报告,希望今年年底开工建设,预计2022年能够建成。 

另一方面,我们瞄准未来国家实验室的建设。中科院与北京市即将联合成立空间科学实验室,空间中心是依托单位,目前我们正重点打造空间科学卫星系列及有效载荷研制测试保障平台 

此外,我们希望把“子午工程”向国际延伸,提出“国际子午圈大科学计划”。目前,我国的“子午工程”只是在国内。如果往北延伸就到俄罗斯,往南就到澳大利亚,西经60度,就从美国、加拿大到南美,看世界地图会发现,这是唯一能够在陆地上绕地球一周的子午圈,希望“国际子午圈大科学计划”能够成为未来空间环境监测的全球化科技平台。 

《科学新闻》:在人才引进和培养上,国家空间科学中心有哪些行之有效的举措? 

王赤:人才引进,的确是空间中心的短板。一个重要原因是与空间相关的技术有敏感性,从国外引进人才比较少。另一方面,国内高校的待遇和资源给我们人才引进工作和队伍稳定造成很大压力。 

尽管如此,我们仍在努力打造我们自己的人才引进和培养计划。首先,我们制定了以赵九章先生的名字命名的“九章人才计划”,针对包括学术大师、领军人才、年轻人才在内的不同层次人才制定了优厚的政策。其中薪酬方面参照高校引进人才的标准,待遇方面在中关村人才苑预留了人才周转房。 

此外,我们希望能够打造有利于人才成长的舞台。在空间中心承担的众多国家任务、国家项目中,我们主动给年轻科研人员“压担子”,让他们尽快成为项目负责人。最近,我与一些优秀青年科研人员沟通,发现他们更感兴趣的还是空间中心能给他们提供施展才华的平台。 

第三,为了让年轻人早日成长,空间中心制定了一系列鼓励政策和各类奖励计划。比如,空间中心设立了“青年基金”,给年轻科研人员“第一桶金”,让他们一毕业就有机会作为项目负责人快速成长。 

我们要做国际一流的科学中心、创新高地,说到底是要有一流的科学大师、一流的技术大师。 

有人问我,要做国际一流的科学中心,到底有没有标准,我说,当然有标准,一流的科学中心不是高楼大厦,也不是平台建设,平台能力建设只是基础。真正要成为国际一流的科学中心,就要有一流的成果,一流的成果来自于一流的人才。虽然我们有很多困难,但在人才引进与培养方面的努力从未间断。 

《科学新闻》:中科院实施“率先行动”计划以来,作为依托单位,国家空间科学中心牵头筹建中国科学院空间科学研究院。这种体制机制改革给我国空间科学发展带来哪些新内涵? 

王赤:在我国,空间活动是分散在不同机构管理的,比如:月球和深空探测是由国家航天局负责,载人航天由军方主导,空间科学由中国科学院主导,但无论是月球和深空探测、载人航天还是空间科学,都有相通的地方。空间科学是利用航天器为主要平台,研究发生在地球、日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学以及生命等自然现象及其规律的科学。空间科学卫星、月球和深空探测发射的月球探测卫星,还有载人航天的飞船、空间站等等,这些都是空间科学的研究平台。在这些平台上从事的科学研究都叫空间科学。 

中科院把主要负责空间科学先导专项的国家空间科学中心、主要负责月球和深空探测的国家天文台、主要负责载人航天科学应用系统的空间工程应用中心这三家单位,组成了空间科学研究院。这种机制有助于几个单位在科学研究层面统一规划、战略研究、统一成果出口、实现资源共享。如今,三家单位有定期的协商会晤机制,为统筹发展,共享资源提供了很好的平台,在协调、共享院内资源方面,创新研究院发挥了积极作用。 

《科学新闻》:与发达国家相比,我国空间科学还有哪些差距?如何才能将差距逐步缩小? 

王赤:与发达国家相比,我们在空间科学方面差距很大,差距主要体现在几个方面。一是对于空间科学的投入差距非常大。我国在空间科学方面的投入是欧空局的1/5,是美国宇航局的1/50。发达国家在空间科学上的投入是稳定的、持续的,我国在空间科学的投入是以项目为基础的,空间科学的可持续发展问题还没有得到根本解决。 

二是研究队伍差距较大。正因为空间科学没有稳定长期的支持,在空间科学各个分支领域,在国际上举足轻重的我国科学家凤毛麟角。 

三是空间技术上的差距。有效载荷的精度、灵敏度、探测仪器的种类,与国际先进水平差距较大。比如,在空间环境探测中,我们要求卫星的本体要有很高的磁洁净度。这些要求我们往往达不到。在一些光学探测中,要求卫星本体具有很高的稳定性,我们也达不到。 

但这些差距究其缘由,更多是因为我国在空间科学领域起步较晚。尽管如此,我们还是紧紧追赶,一些领域也实现了赶超。比如,空间科学先导专项(一期)暗物质粒子探测卫星“悟空”,其高能探测仪器探测精度实现了大幅度提高;量子科学实验卫星“墨子号”能够实现天地间“针尖”对“麦芒”。未来,希望通过努力,使空间科学从点的突破扩大到面的突破,实现从局部超越到整体超越。 

《科学新闻》:在空间科学国际合作中,如何进一步提升我国的主导作用? 

王赤:要提高我国在空间科学国际合作中的主导作用,关键是在科学思想上要有创新,要有足够深厚的科学素养。如果我们能够提出很好的创新思想,自然会在国际上得到认可。比如,我们提出的国际子午圈大科学计划,就是很好的创新思想。因为在子午圈上,所有的空间天气扰动都是通过磁力线传播的,这个思想就非常独特,使我国在国际子午圈大科学计划上取得了主导地位。 

太阳风—磁层相互作用全景成像卫星计划(SMILE)致力于对地球磁层进行X成像、对地球北极光进行紫外成像,将实现人类首次对太阳风—磁层相互作用大尺度结构的整体成像,了解太阳扰动对地球空间环境的影响。该卫星任务入选了“中欧联合空间科学卫星任务”,来自欧、美、加等国家的科学家参与其中,将提升我国在空间科学领域的影响力和话语权。■

《科学新闻》 (科学新闻2018年9月刊 封面)

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