這種衛(wèi)星能“看”到什么

今年8月，我國(guó)將發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，并在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。

這將是我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星系列發(fā)射的第三顆科學(xué)衛(wèi)星。去年12月17日，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，目前已獲取大量科學(xué)數(shù)據(jù)。緊接著，我國(guó)首顆微重力返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號(hào)”，也于今年4月6日成功發(fā)射，并按計(jì)劃圓滿完成了空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

科學(xué)衛(wèi)星能發(fā)揮什么作用？我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀如何？未來還有哪些計(jì)劃？帶著這些問題，筆者采訪了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心主任吳季。

科學(xué)衛(wèi)星改變?nèi)祟愑^察方式

從地球到廣闊的宇宙空間，每時(shí)每刻都發(fā)生著各種各樣的自然現(xiàn)象，這些現(xiàn)象既蘊(yùn)含著宇宙和人類起源的秘密，也影響著地球上人類的活動(dòng)。比如，太陽(yáng)跟人類的活動(dòng)最為密切，它給地球帶來陽(yáng)光和溫暖的同時(shí)，也經(jīng)常給地球帶來干擾，太陽(yáng)黑子的爆發(fā)會(huì)擾亂地球的磁場(chǎng)，破壞電離層，使地球上的無線電通信減弱甚至中斷。因此，人類研究太陽(yáng)的特性和它的活動(dòng)情況十分重要。然而，地球被一層厚達(dá)700千米以上的大氣包裹著，這層大氣擋住了人類的視野，使我們不能很好地觀察宇宙。

科學(xué)衛(wèi)星的出現(xiàn)，改變了人類坐地觀地和坐地觀天的方式。它攜帶著各種科學(xué)研究和探測(cè)儀器，穿過大氣層，自由自在、不受干擾地收集來自宇宙空間的各種信息。

吳季說：“科學(xué)衛(wèi)星是人類認(rèn)知自然最重要和最直接的手段之一，人類通過它獲得了大量有關(guān)空間環(huán)境、各種天體和空間物質(zhì)的寶貴資料，取得了豐碩的科學(xué)探索和科學(xué)研究成果，對(duì)于人類認(rèn)識(shí)太空、進(jìn)入太空、利用太空起到了重要作用。同時(shí)，通過對(duì)宇宙的探索和研究，也可以使人類在基礎(chǔ)科學(xué)方面不斷產(chǎn)出重大原創(chuàng)性成果。”

世界各國(guó)最初發(fā)射的衛(wèi)星多是這類科學(xué)衛(wèi)星或是技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前，世界各國(guó)先后發(fā)射了500多顆科學(xué)衛(wèi)星。如美國(guó)發(fā)射的第一顆衛(wèi)星“探險(xiǎn)者”號(hào)就是一顆科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星，之后“探險(xiǎn)者”發(fā)展成了一個(gè)科學(xué)衛(wèi)星系列。還有蘇聯(lián)的“電子號(hào)”科學(xué)衛(wèi)星系列，以及日本的“新星”和英國(guó)的“羚羊”等。這些科學(xué)衛(wèi)星已經(jīng)取得了十分寶貴的科學(xué)資料和新的發(fā)現(xiàn)。例如，發(fā)現(xiàn)了距離地面600～40000公里處存在著兩個(gè)輻射帶；發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)不斷噴出等離子體（也叫太陽(yáng)風(fēng)）；發(fā)現(xiàn)地面1000公里左右高度上有一個(gè)由氛、氦組成的地冕；還觀測(cè)到除太陽(yáng)以外的許多紫外線和X射線的輻射源……

“自1957年人類發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，有25位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者依靠科學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)得獎(jiǎng)，其中有17位來自美國(guó)。”吳季說。

未來5年我國(guó)將研制并發(fā)射

5顆新的科學(xué)衛(wèi)星

比起國(guó)外，中國(guó)科學(xué)衛(wèi)星的研制起步較晚。

吳季說，中國(guó)自1970年4月發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來，累計(jì)發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)已經(jīng)接近150顆。但直到去年才有了真正意義上的科學(xué)衛(wèi)星系列，并于去年發(fā)射了首發(fā)星——暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星。

“應(yīng)用衛(wèi)星、載人航天和月球探測(cè)工程等在加強(qiáng)國(guó)防、普及應(yīng)用和激勵(lì)民眾方面發(fā)揮了重要作用。但這些應(yīng)用衛(wèi)星和航天工程偏重于工程實(shí)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)空間科學(xué)新知識(shí)、引發(fā)前沿技術(shù)變革、帶動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面還未達(dá)到預(yù)期要求。”吳季說。

為了彌補(bǔ)中國(guó)航天事業(yè)在空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和探索領(lǐng)域的短板，“十二五”期間，中科院在國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施的戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)中，將科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃作為重點(diǎn)項(xiàng)目予以支持。“今年8月發(fā)射完量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星后，年底前還將發(fā)射一顆硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星。此外，還計(jì)劃在未來5年左右研制并發(fā)射5顆新的科學(xué)衛(wèi)星，有望在空間科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用方面取得一系列重大創(chuàng)新突破。”

吳季透露，目前中科院已遴選出的這5個(gè)科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目包括：中歐聯(lián)合空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)太陽(yáng)風(fēng)—磁層相互作用全景成像衛(wèi)星計(jì)劃、磁層—電離層—熱層耦合小衛(wèi)星星座探測(cè)計(jì)劃、全球水循環(huán)觀測(cè)衛(wèi)星、愛因斯坦探針和先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)。

“空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探索只有第一，沒有第二，這個(gè)屬性決定了每項(xiàng)科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃都是非重復(fù)性的，包含了大量新需求、新思路、新設(shè)計(jì)、新材料和新工藝等，成為中國(guó)空間科技重大原始創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力的源頭活水。”吳季說。

中國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目仍需長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃

在實(shí)行計(jì)劃的過程中，吳季也有一些建議。

“在美國(guó)航空航天局每年190億美元的預(yù)算中，50億美元用于研發(fā)科學(xué)衛(wèi)星。歐洲空間局每年用于科學(xué)衛(wèi)星的經(jīng)費(fèi)也有二三十億歐元。相比之下，中國(guó)在科學(xué)衛(wèi)星上的投入還是不夠。中國(guó)是航天大國(guó)，每年發(fā)射20多顆衛(wèi)星，直到去年年底才獨(dú)立發(fā)射了專門用于科學(xué)研究的衛(wèi)星。”吳季說。

吳季還指出，以5年為一個(gè)周期遴選實(shí)施科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目的方式可能不盡合理。“一項(xiàng)科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃從科學(xué)思想的確立，到最后發(fā)射，需要長(zhǎng)達(dá)十年甚至數(shù)十年。例如歐洲的羅塞塔計(jì)劃從提出到真正著陸彗星探測(cè)，經(jīng)過了30多年。”

吳季說，盡管經(jīng)過諸多努力，但作為具有巨大創(chuàng)新潛力的科學(xué)衛(wèi)星系列卻一直未被納入國(guó)家重大科技專項(xiàng)。

“‘十二五’‘十三五’科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃都是由中科院從先導(dǎo)專項(xiàng)里面拿出一部分資金來進(jìn)行支持，國(guó)家還沒有給科學(xué)衛(wèi)星系列專項(xiàng)資金支持。”

吳季說，空間科學(xué)探索不能急功近利，不能有一筆經(jīng)費(fèi)就做一批“短平快”項(xiàng)目，這樣難以產(chǎn)生重大成果。必須進(jìn)入國(guó)家常規(guī)預(yù)算，獲得持續(xù)支持，才能做到提前長(zhǎng)遠(yuǎn)布局，保證在前沿領(lǐng)域不斷有所創(chuàng)新。

他建議，應(yīng)將科學(xué)衛(wèi)星系列納入體現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略意圖的重大科技項(xiàng)目中，通過長(zhǎng)期可持續(xù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中國(guó)空間科技創(chuàng)新能力大幅度提升。吳月輝