國外載人航天應用成果管理研究及啟示

張九星, 張 偉*, 李緒志, 王 翀, 覃幫勇

(1.中國科學院空間應用工程與技術中心, 北京 100094; 2.中國科學院太空應用重點實驗室, 北京 100094)

1 引言

載人航天應用成果管理是載人航天工程管理過程的重要環節,也是空間科學與應用成果產出和推廣的必要步驟,對于促進科學發現、社會和經濟效益等具有重要意義。

從1961 年4 月12 日蘇聯航天員加加林搭乘東方1 號飛船進入地球軌道,開創了載人航天的歷史,迄今已有60 余年,其間俄羅斯、美國、中國、歐洲、日本等研發的載人飛船、貨運飛船、航天飛機、空間實驗室、空間站、載人月球探測器等系列型號任務,在空間科學、空間應用和空間技術等方面取得了開創性的重要成果。近年來國外載人航天空間科學與應用研究主要依托國際空間站(International Space Station,ISS)開展[1-3],其大量應用成果共享發布[4-5],逐漸形成了有序的成果管理生態。

從1998 年發射第一個艙段至今,ISS 已經在軌運行20 多年,是迄今規模最大最復雜的空間科學與應用設施,主要由美國航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA)、俄羅斯航天國家集團公司 (ROSCOSMOS)、歐洲航天局 (European Space Agency,ESA)、日本宇宙航空研究開發機構 (Japanese Aerospace Exploration Agency,JAXA)和加拿大國家航天局 (Canadian Space Agency,CSA)等航天機構聯合建造,來自一百多個國家和地區的近5000 名研究人員開展了3300 多個科學實驗/試驗項目[6](截至2020 年10月),發表了3285 篇論文(截至2021 年10月)[7],對人類科學探索、地外長期生存、空間技術發展等做出了重大貢獻。

NASA 在成果管理方面創建了科技信息計劃(Scientific and Technical Information,STI),建立了STI 信息庫。針對ISS 建立并形成了相對完善的成果管理體系和平臺,俄羅斯、歐洲、日本等分別針對各自承擔國際空間站的實驗艙段和暴露平臺獨立載荷等,建立了各艙段從在軌運行到應用研究、成果產出、成果收集與共享等環節的地面科學中心,構建了科學項目信息庫、實驗資源庫和科學數據庫等,在成果管理與推廣方面獲得大量成功經驗。

本文首先分析載人航天應用成果的特點和分類,其次重點研究國外主要航天機構針對國際空間站空間科學與應用成果的管理情況,包括美國的科學數據管理、論文專利與技術報告、實驗樣品管理和成果發布等,以及俄羅斯、歐洲、日本在應用成果管理方面的方法和案例。最后,總結國外載人航天應用成果管理方面的特點和經驗,提出對中國載人空間站應用發展階段開展大規?？臻g科學與應用任務成果管理的啟示和建議。

2 應用成果的特點與分類

載人航天工程是國家綜合國力和科技水平的綜合體現[8],載人航天飛行器上的載荷和試驗技術先進、創新性強、成果突出,在地面研制和在軌運行階段均產出大量的新技術、新產品、新工藝、新方法等。載人航天應用任務面向科技前沿和經濟社會發展,其應用成果涉及生命、物理、材料、天文、地球等眾多科學領域,用戶群體廣泛,因此載人航天應用成果既與載人航天應用任務有關,也與各學科領域的專業特點密切相關。

載人航天應用成果是在空間科學、空間技術和空間應用領域開展科學前沿的探索研究和創新性技術的應用研究所取得的成果,按照不同屬性和載人航天工程應用任務的特點進行如下分類:

1)按照應用成果的物理屬性可以分為數據產品(地面實驗或試驗階段產生的有價值數據和在軌下行原始數據進行處理后獲得的各級數據產品)、實驗樣品(生命科學與生物技術、人體研究、材料科學、流體物理、燃燒科學等方面的實驗樣品或材料)、實驗裝置、軟件、出版物(論文、圖書等)、報告、標準規范、知識產權類和其他類型。

2)按照成果的應用與研究屬性可以分為基礎研究類、應用研究類、技術研發類等。

3)按照載人航天的任務階段可以分為發射前階段、在軌運行階段、實驗樣品返回后地面研究、利用歷史數據階段等取得的成果。

3 國外主要載人航天機構應用成果管理

3.1 美國(NASA)

美國載人航天工程相關的空間科學與應用項目由NASA 統一管理和協調,涉及探索系統開發部 (Exploration Systems Development Mission Directorate,ESDMD)、科學部(Science Mission Directorate,SMD)、空間運行部 (Space Operations Mission Directorate,SOMD)、空間技術部 (Space Technology Mission Directorate,STMD)等多個部門以及多個航天研究中心。在成果管理方面,NASA 制定了相關標準規范[9-11],創建了科技信息計劃STI,收集、歸檔、發布和傳播基礎與應用方面的科技信息,并獲取對NASA 和美國至關重要的全球科技信息。STI 提供的資源信息包括NASA 科技信息庫、NASA PubSpace、NASA 的科學數據資源等,科技成果類型主要包括系列報告、會議論文、期刊文章、圖書、學位論文、研究報告、公開文檔等。

國際空間站的實驗資源和成果在NASA 成果管理體系之下,科學與應用項目的信息和成果主要由空間站研究探索系統(Space Station Research Explorer,SSRE)[4]集中管理,包括國際空間站在生物學與生物技術、地球與空間科學、教育活動、人體研究、物理科學、空間技術等六大領域的科學實驗項目和設施裝置信息等,目前收錄了2447 個實驗和184 個設施(截至2022 年12 月26 日)。每個實驗項目的信息包括科學目標與結果、實驗描述、應用情況、運行需求、十年調查建議、發表成果(研究結果論文、地面實驗結果論文、ISS 專利等)和相關實驗等,以及領域分類、PI、合作者、研發機構、資助航天局、資助組織、飛行時間、飛行任務序列和歷史任務等。

NASA 主要通過征集與建議書綜合審查評估系統 (NASA’s Solicitation and Proposal Integrated Review and Evaluation System, NSPIRES)發布公告征集項目,包括國際空間站科學實驗與技術項目。此外國際空間站國家實驗室(International Space Station National Laboratory,ISSNL)也建立了征集渠道,ISSNL 負責管理非NASA 的科學實驗,利用ISS 的微重力環境開展研究,產出經濟社會效益。空間科學促進中心 (Center for the Advancement of Science in Space,CASIS)負責ISSNL的管理、征集和遴選項目等,收錄了ISSNL 相關科學實驗的成果信息和論文等。

NASA 在載人航天方面的應用成果與科學衛星的成果均由其管理部門和科學委員會等進行統一管理和協調,主要組織關系如圖1 所示。

圖1 NASA 載人航天應用成果管理主要組織關系Fig.1 M ain organization relationship of the utilization achievement management for NASA manned space

在SMD 的生物與物理分部 (Biological and Physical Sciences Division,BPSD)、天體物理分部(Astrophysics Division, APD)、地 球 科 學 分 部(Earth Science Division,ESD)、太陽物理分部(Heliophysics Division, HPD)、行 星 科 學 分 部(Planetary Science Division,PAD)等進行管理和協調,并通過生物與物理咨詢委員會、天體物理咨詢委員會、地球科學咨詢委員會、太陽物理咨詢委員會、行星科學咨詢委員會等進行咨詢指導,同時NASA 的首席科學家 (Chief Scientist,CS)和首席信息官 (Chief Information Officer,CIO)等對成果管理相關工作發揮重要作用。

在SOMD 載人航天能力分部 (Human Spaceflight Capabilities Division,HSCD)的人體研究項目(Human Research Program,HRP)以及國際空間站分部 (International Space Station Division,ISSD)的國際空間站國家實驗室 ISSNL 等涉及國際空間站相關應用成果。

由STMD 管理技術轉化計劃(Technology Transfer Program,T2P),在各航天中心設置了技術轉化辦公室(Technology Transfer Office,T2O),形成了技術轉化網絡,全面分布推動成果轉化。

NASA 的大型科學研究計劃分布在多個航天研究中心進行實施,例如,空間生物計劃(Space Biology Program,SBP)的一些研究項目或計劃主要分布在艾姆斯研究中心(Ames Research Center, ARC),物理科學研究計劃(Physical Sciences Research Program,PSRP)由格倫研究中心 (Glenn Research Center,GRC)、噴氣動力實驗室JPL(Jet Propulsion Laboratory)和馬歇爾航天飛行中心(Marshall Space Flight Center,MSFC)實施,人體研究項目HRP 由約翰遜空間中心(Johnson Space Center,JSC)等實施,地球科學技術辦公室 (Earth Science Technology Office, ESTO)由戈達德航天飛行中心(Goddard Space Flight Center,GSFC)運行,行星探索科學技術辦公室(Planetary Exploration Science Technology Office,PESTO)由格倫研究中心GRC 運行,國際空間站國家實驗室ISSNL主要由總部 (Headquarters,HQ)和約翰遜空間中心JSC 管理協調。

3.1.1 科學數據成果

由NASA 資助的科學實驗項目獲取的數據資源需要向NASA 歸檔[12],進行長期管理和開放共享使用?？茖W項目學術領頭人 (Principal Investigators,PIs)和檔案機構共同負責數據使用等,研究人員需要遵守檔案機構針對數據資源提出的要求并提交數據。

各學科領域建立了多個科學數據共享平臺[4],收集和共享數據產品,例如,生物領域的生命科學數據檔案 (Life Sciences Data Archive,LSDA)、基因實驗室GeneLab[13-14]和艾姆斯生命科學數據檔案 (Ames Life Sciences Data Archive,ALSDA),物理領域的物理科學信息系統 (Physical Sciences Informatics,PSI),材料科學領域的材料與工藝技術信息系統(Materials And Processes Technical Information System,MAPTIS) (艙外暴露材料等),地球科學領域的地球觀測系統數據與信息系統 (Earth Observing System Data and Information System, EOSDIS) 和 海 色 數 據 庫(NASA’s OceanColor Web,OC)的海岸帶超光譜成像 儀(Hyperspectral Imager for the Coastal Ocean,HICO)等,天文領域的高能天體物理科學檔案研究中心 (High Energy Astrophysics Science Archive Research Center,HEASARC),行星科學領域的行星數據系統(Planetary Data System,PDS)、太陽物理方面的空間物理數據設施(Space Physics Data Facility,SPDF)等,有些是針對國際空間站專門建立,有些依托已經成熟的學科領域科學資源庫,例如EOSDIS、HEASARC等?？茖W數據資源和成果信息平臺提供相應數據匯集的接口和要求。ISS 相關主要科學數據資源庫如表1 所列。

表1 ISS 相關主要科學數據資源庫Table 1 The scientific data repository related to ISS

3.1.2 論文專利與技術報告

1)論文。NASA 將由其資助的研究成果在出版一年內發布到公共醫學中心(PubMed Central,PMC)數據庫的Pubspace 上,是NASA 與PMC 合作實現的文獻資源庫。以“International Space Station”[ALL Fields] AND “nasa funded”[Filter]作為檢索條件查詢PMC,可以得到736 條檢索結果(2021 年8 月21 日)。

NASA 在發布ISS 應用情況的同時統計論文發表情況,包括TOP 20 和TOP 100 期刊(Clarivate Analytics? Ranks)上的論文發表情況、各研究領域論文發表情況、Top 5 最高引用論文等[6-7]。ISS 項目科學辦公室管理的成果包括利用ISS 在軌實驗和設施開展研究取得的成果,也包括飛行前產生的成果,以及非ISS 實驗項目成員利用實驗數據取得的衍生成果等[7]。

任務書是生命和物理領域的文獻信息庫,包括生物與物理科學分部與人體研究計劃 (Task Book:Biological & Physical Sciences Division and Human Research Program,BPSDHRP)、前沿成果表 (SPACELINE Current Awareness Lists,SPACELINE)、PI 相關圖表等。BPSDHRP 是由科學部SMD 的生物與物理科學分部BPS 和載人航天能力分部HSCD 的人體研究項目HRP 支持的生物學、人體科學、物理學方面的數據庫,包括項目信息、進展、發表論文等,收錄了2004 年至今NASA支持研究項目發表的文獻成果等。SPACELINE包括2012-2021 年空間生命科學領域同行評議期刊和最新發表論文的引用,以及2003-2011 年的歸檔數據。

2)技術報告。NTRS(NASA Technical Reports Server,NTRS)也稱為技術報告服務,是一個世界級科技知識庫,提供NASA 資助或創建的STI 信息,包括會議論文、期刊文章、專利、研究報告的元數據、引文或完整文檔,以及圖像和技術視頻等。NTRS 集成了國家航空咨詢委員會(收錄了1900-1958 年的資源)和NASA 的文檔資源(1958 年至今),包括430 萬數據記錄和超過50 萬全文文檔。非注冊用戶可以查詢到公開內容55 萬多條記錄,以“Space Station”為標題內容進行查詢可以得到3.6 萬多條記錄(2021 年8 月21 日)。

NASA 的一些航天中心也建立了技術報告系統,例如,噴氣動力實驗室JPL 的技術報告(JPL Technical Reports,JPL TRS)是1992 年以來JPL員工撰寫的技術出版物資源庫,收錄了三萬多篇報告,內容涉及航天技術、深空探測、機器人等;蘭利的蘭利技術報告收錄超過2300 篇報告,內容涉及航天和空間科學等。

3)效益報告。NASA 于2012 年、2015 年和2019 年先后發布了3 版《國際空間站造福人類的效益》報告。2019 年報告[15]將國際空間站的科研效益概括為產生重大科學發現、服務國計民生、推進未來探索等3 個方面。

NASA 的航天副產品SPINOFF(https:/ /spinoff.nasa.gov/)是NASA 以商業產品形式造福社會的技術,主要是利用NASA 資助、技術或經驗產生的技術、產品和程序等。自1976 年以來,已經獲得了2000 多個SPINOFF。NASA 制定的T2P向公眾推廣探索發現和創新研發,最大化效益。以“Space Station”查詢T2 資源庫可以得到156 條專利、136 條已獲專利、1034 個SPINOFF、114 條軟件信息和189 條公開信息(截至2021 年8 月21 日)。

3.1.3 實驗樣品管理

國際空間站的微重力科學實驗涉及大量實驗樣品,在樣品存儲、處理、共享和使用等方面開展了長期實踐,已經形成了專門的團隊、實驗室和標準規范等。

1)實驗樣品方面成立了空間組學處理國際標準的科學家聯盟[16],其成員主要是JAXA、ESA和NASA 資助的空間組學實驗的科研人員,開發、共享和推動空間組學實驗樣品處理的標準化和元數據標準化等。

2)針對樣品的處理和管理,目前制定了標準化的方法,例如NASA GeneLab 的樣品處理實驗室利用多年飛行任務科學數據開發了一套標準化的運行處理程序,并已經發布GeneLab 樣品處理過程 (https:/ /github.com/ISSOP/GeneLab-sampleProcessing),包括:組織儲存和切割、均勻化、提取、DNA/RNA 質控和問題解決、實驗準備、實驗質控和問題解決、測序參數、測序質控和問題解決等。

3)積極推動向科學研究人員開放共享實驗樣品[5,17],具體措施包括:根據研究項目申請建議的意義、方法和創新性,以及申請者的專業經歷、領域貢獻和研究基礎等進行遴選[5];空間生命與物理科學研究與應用機構通過NSPIRES 開展樣品研究提案征集;中小學和大學老師可以利用歷史飛行任務的實驗樣品進行課堂展示。

4)授予實驗樣品時需要簽訂相關協議,申請者需要提交利用數據或樣品進行研究后的成果(包括原始的和數據分析結果),向NASA(生物樣品對應艾姆斯生命科學數據檔案ALSDA)提交報告并進行歸檔。

3.1.4 成果發布

國際空間站的應用成果采用不同時間周期進行發布,包括若干年、一年、月、周等,也可根據重大發現具體情況不定期及時發布。NASA 每周和每年均發布ISS 科學與應用研究的亮點成果,一般重大科學設施按照年度或每隔幾年發布一次階段性成果。

1)階段性發布成果。2013 年9 月ISS 首席科學家發布了10 項首選的科學成果[1,3],包括化療藥物新型靶向輸送方法應用、機械臂技術衍生出腦部手術機器人、暗物質相關問題等。2016 年11 月NASA 發布了ISS 的16 個標志性事件和成果的動圖(https:/ /www.nasa.gov/feature/16-years-of-station-told-in-16-gifs),包括在軌組裝,第一批航天員到達ISS,拍攝的911 事件,機械臂安裝Kibo 艙段,來自NASA、CSA、ESA、JAXA 和Russia 的6 名航天員首次同時到訪以及商業飛船首次訪問、將奧運火炬帶到空間站艙外、在軌燃燒實驗、極光、日出、水泡、太空行走、DNA 測序、銀河、首次品嘗太空種植萵苣等。2020 年NASA 發布了ISS 運行20 年的20 項突破性成果[2],包括基礎疾病相關問題、冷焰、新的水凈化系統、蛋白質晶體開發藥物、抗肌肉萎縮和骨丟失的方法、探索物質的第五種狀態、身體在微重力下如何變化、測試組織芯片、刺激近地軌道經濟、微重力環境下種植食物、部署立方星、獨特視角監測地球、采集超過1000 億個粒子數據、更好地理解脈沖星和黑洞、學生參與實驗、在太空識別未知微生物、拓展膠體研究、流體物理進展、微重力環境3D 打印、自然災害監測等。

2)重大設施成果發布。阿爾法磁譜儀(Alpha Magnetic Spectrometer,AMS)團隊在2002 年便發表了利用發現號航天飛機STS-91 任務在飛行測試期間取得的成果[18];2013 年AMS-02 團隊發表首批實驗結果[19];2016 年12 月諾貝爾獎獲得者丁肇中教授發布了AMS-02 實驗在國際空間站上運行5 年的主要科學成果[20];2017 年Matteo Duranti 代表團隊發表5 年運行狀態和實驗結果[21];AMS-02 團隊于2021 年在" Physics Reports"上發表了運行前7 年的實驗成果[22];2021年5 月NASA 發布了AMS-02 在軌運行10 年對科學的貢獻[23]。此外,量能器電子望遠鏡(CALorimetric Electron Telescope,CALET)團隊于2020 年發布了前3 年實驗成果[24]。

3)亮點成果年度階段性發布。2015 年后NASA 每年發布ISS 的年度亮點成果,涵蓋了國際空間站國際合作航天機構NASA、ROSCOSMOS、JAXA、ESA 和CSA 的成果;針對歷史成果,NASA發布了2012-2014 年的研究成果集及其Roscosmos 版本以及2000-2011 的研究成果集。

3.2 俄羅斯(ROSKOSMOS)

俄羅斯針對空間科學與應用研究和載人航天飛行器上的科學實驗,由科學技術咨詢委員會監督載人航天科學與應用項目的進展,提供頂層管理建議,中央機械制造研究所發布了國際空間站各學科領域的科學實驗信息,包括實驗名稱、研究方向、類別、實驗目的、實驗描述、創新性、預期成果、實驗狀態、組織管理、組織機構、發表論文等,其中研究方向包括 微重力環境下的物理化學過程與材料、地球與空間研究、太空人體、空間生命科學與生物技術、空間探索技術和空間研究教育與推廣等。

科羅廖夫能源火箭航天集團是國際空間站俄羅斯艙段建設和運營使用的主要組織,實施了科學研究和實驗項目,發布了2000 年至今在國際空間站俄羅斯艙段開展的各類科學實驗信息,包括目標、任務指標、使用的科學載荷、支持項目、預期成果、實驗結果等,其中包括2000-2012 年的人體生命研究、地球物理研究、地球資源遙感、空間生物技術、技術研究、合同活動、宇宙線研究、教育與公益項目、空間技術與材料科學、科學教育項目、外國項目等共170 多項,2013 年至今的微重力環境下的物理化學過程與材料等6 個方向,以及合同活動與實驗、根據2013 年7 月18 日NASA-Roscosmos 協議開展的實驗、俄羅斯航天員在年度醫學項目框架下完成的NASA 實驗等共110 多項。

3.3 歐洲(ESA)

ESA 針對ISS 歐洲載荷的運行建立了地面分布式設施,用戶支持與運行中心 (User Support and Operations Centre,USOC)是分布在歐洲國家的用戶支持與運行中心(簡稱用戶支持中心),負責使用和運行ISS 上的歐洲載荷,開展科學實驗的準備、驗證和運行等,向研究人員和空間科學實驗項目組提供技術和運行支持。例如馬德里理工大學的西班牙用戶支持中心E-USOC 聯絡需要利用微重力環境的西班牙科學團隊,負責部分載荷運行和采集科學數據的存儲和分發,包括流體、膠體、泡沫等方面的系列實驗等。設施責任中心(Facility Responsible Centres,FRC)在設施支持中心 (Facility Support Centres,FSC)協助下,由哥倫布控制中心和ESA 的任務管理團隊協調。分布在歐洲的用戶支持中心USOCs 如圖2[25]和表2[25]所示。

圖2 歐洲用戶支持與運行中心分布圖[25]Fig.2 The distribution of USOCs in Europe[25]

ESA 在載人航天應用成果管理方面的主要組織關系如圖3 所示。歐洲載人航天相關業務主要由ESA 的載人與機器人探索部 (Directorate of Human and Robotic Exploration,HRE)(簡稱載人部)管理,科學與應用數據和成果管理涉及ESA多個部門和歐洲多個國家。HRE 與ESA 設在歐洲空間天文學中心 (European Space Astronomy Centre,ESAC)的科學數據中心協作,開展了歷史任務、在軌運行任務和未來任務的成果信息歸檔。ESAC 主要包括ESA 天文和太陽系科學任務的科學運行中心 (Science Operations Centres,SOCs),以及ESAC 科學數據中心(ESAC Science Data Centre,ESDC)等,ESA 實驗數據由HRE 科學數據中心 (HRE Science Data Center,HRE-SDC)面向科學界開展存儲、評估和發布等,組織管理HRE的數據集,包括國際空間站、失重飛機拋物線飛行、微重力落塔、未來探索任務等多種平臺的實驗結果,并建立了載人與機器人探索數據檔案系統(Human and Robotic Exploration Data Archive,HREDA)的訪問服務。此外,涉及成果相關工作的組織也包括歐洲空間運行中心(European Space Operations Centre,ESOC)、歐洲航天員中心(European Astronaut Centre,EAC)等。

圖3 ESA 載人航天應用成果管理主要組織關系Fig.3 M ain organization relationship of the utilization achievement management for ESA manned space flight

ESA 微重力科學實驗的成果信息主要由ESA HRE 的HREDA 檔案系統收集和管理,自1972 年以來由HRE 資助或者合作資助,在微重力環境或者地基設施開展科學實驗研究獲取的數據和項目成果信息。HREDA 由ESA 的載人部、科學部SCI(Directorate of Science)和科學數據中心SDC(Science Data Centre)聯合支持,于2020 年投入使用,取代了以前的伊拉斯謨實驗檔案(Erasmus Experiment Archive, EEA)[26]和ESA 微重力數據庫。EEA 發布了利用國際空間站、航天飛機、返回式飛行器、探空火箭、拋物線飛機、地基設施等裝置開展科學實驗的數據或信息,研究領域廣泛,涉及方向眾多,包括醫學健康、細胞生物學、植物生物學、微生物、輻射生物學、宇宙生物學、生物技術、材料科學、流體物理、燃燒科學、基礎物理、地球觀測、太陽物理等,提供的實驗信息包括研究團隊、背景與目標、開展空間實驗的理由、過程、成果、文獻等。使用ESA 微重力設施的用戶需要向EEA提交成果信息,包括實驗名稱、研究領域、所屬任務、處理設施、團隊成員、聯系方式、發表論文、實驗目標、實驗過程、實驗結果、附件等。

ESA 的空間觀測類數據主要由ESAC 科學數據中心進行維護,提供觀測數據訪問和檢索的服務與工具,存檔了歐洲主導或參與研發的天文學、太陽物理和行星科學等方面的科學衛星數據(總計662.2 TB),其中包括國際空間站的太陽自動校準極紫外-紫外光譜儀數據檔案等。

此外,部分國家建立了大型載荷的數據中心和論文出版數據庫等,例如,意大利的國際空間站出版檔案庫,收集意大利空間局ASI 資助或者合作資助的實驗成果,包括國際空間站和近地軌道平臺;丹麥國家空間研究所的大氣-空間相互作用監測器(Atmosphere-Space Interactions Monitor,ASIM)科學數據中心(ASIM Science Data Centre,ASDC)從B.USOC 接收原始數據和輔助數據,進行處理后向科學界發布。

3.4 日本(JAXA)

JAXA 的載人航天相關任務主要是國際空間站的日本實驗艙(Japanese Experiment Module,JEM) (Kibo),由JAXA 載人航天技術部(Human Spaceflight Technology Directorate,HSTD) 管 理。KIBO 的運行控制在筑波空間中心(Tsukuba Space Center,TSC),具體由其空間站集成與推廣中心進行研發和運行,支持開展在軌實驗。在促進成果使用方面,2005 年后JAXA 通過亞太地區空間機構論壇促進亞太地區組織間國際合作,充分利用ISS JEM 艙的空間資源,2010 年7 月又成立了Kibo 亞洲應用辦公室。

JAXA 發布了2 個版本的ISS 實驗項目信息,早期版本分為物理科學、生命科學、應用利用、艙外應用、航天醫學與載人航天技術研發、教育類載荷等主題。最新發布的實驗項目按照物理科學、生物與生物技術、人體研究、技術、地球與空間科學、教育活動等領域分類,包括正在進行、正在準備、飛行分析、完成、評審等狀態,每個項目提供的信息包括:科學目標與科學成果、研究內容與實驗描述、地球與空間應用、運行要求與接口、發表論文等。

空間科學多學科數據主要由數據檔案與傳輸系統(Data ARchives and Transmission System,DARTS)收集和歸檔,發布了天體物理、太陽物理、日地空間物理、月球與行星科學、微重力科學等學科領域的實驗信息,包括正在運行的艙外載荷量能器電子望遠鏡(2015)和全天X 射線成像監測儀(2009),已經完成的電離層、中間層、上層大氣和等離子體層繪圖,以及全球閃電與紅色精靈測量,以及Kibo 艙實驗數據檔案(Kibo Experiment Data Archive,KEDA)(包括Marangoni 實驗、晶體生長、熱物理屬性等實驗數據)。KEDA 提供微重力科學實驗數據,包括Marangoni、晶體生長、燃燒、熱物理屬性等方面的13 項實驗數據和遙測數據等。DARTS 由ISAS/JAXA 的科學衛星運行與數據檔案中心研發與維護。

此外,JAXA 的TSC 構建了多組學數據庫空間生命科學綜合生物樣本庫[27-29],包括JAXA 利用小鼠棲息地任務進行實驗獲得的轉錄組、代謝組和細胞表型等,TSC 存儲了2016 年以來進行太空飛行實驗的600 多份生物樣品。日本研究人員可以首先獲得生物樣品,其次是日美開放平臺合作計劃的美國研究人員。HSTD 的任務運行與集成中心發布了空間生命科學實驗被動劑量計(PAssive Dosimeter for Life science Experiments in Space,PADLES)的探測情況和部分數據,2008 年Kibo 艙到達ISS 后利用PADLES 進行了一系列空間輻射測量,包括Kibo 艙內區域PADLES 監測、在空間生命科學實驗生物樣品附近精確測量樣品輻射劑量、檢測日本在軌航天員的輻射劑量、空間輻射測量國際合作項目(JAXA/ESA/ROSCOSMOS、JEM 遠程操作系統)的艙外自由空間PADLES 監測等。

4 國外載人航天應用成果管理的經驗

根據以上章節對國外主要航天機構在載人航天應用成果管理方面的研究和案例,尤其國際空間站空間科學與應用實驗相關的各類成果資源管理,主要有如下特點和經驗:

1)統一管理。載人航天相關的應用成果管理是在空間應用資源統一管理框架之下,與其它科學衛星統一部署,遵守相關政策和規范,一定程度實現跨學科跨任務資源整合。國際空間站空間科學與應用成果信息在美國NASA 統一集成,同時NASA、ESA、JAXA、ROSMOSCOS 等針對承研的艙段和科學實驗項目在多個國家建立了成果資源系統。

2)領域協調。國際空間站空間科學與應用各學科領域的科學實驗、技術試驗和應用研究及其成果管理納入到了NASA 各管理部及其學科分支機構或科學委員會進行協調或管理,例如,生物與物理科學分部、地球科學分部、天體物理分部等,各領域有相應的成果資源收集、共享和發布的信息平臺,國際空間站一方面建立專門的資源庫,同時部分研究方向依托學科領域已有資源庫進行成果共享和發布。

3)突出成果。重視成果管理的各個環節,包括:①強調實驗項目的預期成果和應用前景;②階段性發布成果與重大發現成果及時發布相結合;③突出成果在科學研究和經濟社會的影響力,例如發表期刊、論文引用率、成果影響力等;④重視轉移轉化,建立了專門的技術轉移轉化資源庫。

4)廣泛合作。與學術界、工業界、商業界和政府等開展合作,共同促進成果可持續產出,商業提供的載人飛船、貨運飛船、運載火箭、科學載荷等已經在國際空間站和深空探測等方面發揮了重要作用。

5)面向國際。國際空間站成果管理的國際化程度高,建立了統一的項目信息平臺,涵蓋了國際合作機構的成果情況,面向國際共享成果信息。

5 對中國載人航天應用成果管理的啟示

5.1 現狀

中國載人航天工程在第一步和第二步[8]已經成功發射和運行了神舟系列無人和載人飛船、天舟貨運飛船、目標飛行器、空間實驗室等,取得了一大批具有重大創新性和應用價值的成果。針對天宮一號目標飛行器和天宮二號空間實驗室的應用任務加強了應用數據推廣使用和數據管理工作,并建立了“載人航天空間應用數據推廣服務平臺”(http:/ /www.msadc.cn)[30-31],整合了天宮一號、天宮二號、天舟一號、以及空間站等多任務多載荷的空間科學與應用數據產品,提供數據共享服務等。中國載人航天第三步已進入運行階段,現已建成核心艙和2 個實驗艙,實現航天員長期駐留,在空間站應用發展階段將開展大規模空間科學與應用實驗/試驗、具有支持天地往返、在軌操作與維修維護、長期在軌運行等優勢,能夠持續開展科學實驗并獲取長周期科學數據,即將進入成果密集產出的新階段。

中國在載人航天應用成果管理方面開展了大量探索工作,與國際空間站應用成果管理尚存在較大差距,主要表現在:尚未形成完善的成果管理體系和標準規范,成果推廣和轉移轉化等工作尚需進一步加強。中國載人航天應用成果管理須面向國內和國際相關領域前沿,借鑒國際空間站已有經驗,進一步提升綜合能力和水平。

5.2 啟示

借鑒國外載人航天應用成果管理的特點與先進經驗,我國在載人航天應用成果方面需要進一步加強對各類應用成果開展高效率高水平高質量的成果資源管理,具體包括以下幾個方面:

1)完善應用成果管理體系。建立載人航天應用成果管理的標準規范,進行多維度分類管理;制定全鏈路各環節的基本措施,加強成果收集、登記和歸檔等環節,建立發布、共享和推廣等機制;全面服務各類用戶,方便獲取和使用成果;發揮科學委員會和領域專家在成果管理方面的咨詢和指導作用;明確成果管理相關工作的部門;培養專門從事成果管理工作的人才隊伍。

2)建立和完善跨學科領域的數字化成果資源信息平臺。建立成果資源庫,包括論文、圖書、研究報告、專利、軟件、著作權等,以及樣品、樣機、設備產品等形式成果的數字化資源庫;通過數字化平臺實現收集、登記、評價、共享、發布、獲取、推廣、轉化等全過程多環節多功能;推動跨學科資源整合;滿足空間站多學科領域大規?？茖W與應用成果管理的需求。例如,利用共享科學數據或實驗樣品進行研究發表的論文需要向成果管理信息平臺進行提交,每個實驗項目發布成果信息后需要共享發表論文情況,供相關科研人員研究和參考。

3)制定成果推廣策略,促進成果轉移轉化。落實國家關于成果管理與轉移轉化等方面的政策;建立成果轉移轉化相關機制;基礎研究類成果重視科學價值,應用研究類成果重視應用價值和經濟社會效益等;加強實驗/試驗項目在申請、立項和成果產出等各環節對成果轉移轉化的要求,并在描述或屬性信息中說明預期成果和應用前景;建立成果轉移轉化信息庫,促進成果轉移轉化。

4)提升國際影響力,促進產出更多高水平原創成果?？臻g站應用發展階段的應用成果產出需要面向世界科技前沿;空間站已經征集第一批國際合作搭載項目,需要探索服務于國際合作的成果管理相關機制;巡天空間望遠鏡和規劃的高能宇宙輻射探測設施是兩大旗艦級重大科學設施,將開展大量國際合作,需要面向全世界科學家,探索能夠體現中國載人航天國際影響力的成果管理機制。

5)探索空間科學實驗樣品管理辦法,針對空間站應用發展階段在空間生命科學與人體研究、空間微重力科學(空間材料科學、微重力流體物理、微重力燃燒科學)等領域將產生的大量實驗樣品,研究科學實驗樣品的存儲、處理、共享以及申請和使用等方面的管理辦法,充分發揮樣品類成果的價值;加強樣品獲取各環節和使用樣品發表成果的信息規范化等。

6 結語

國外載人航天發展60 多年,NASA 形成了相對完善的成果管理體系,ESA、JAXA、ROSKOSMOS 開展了大量成果管理工作。當前,空間科學與應用已經進入大量成果密集產出的時代,國際空間站在軌運行二十多年,科學與應用成果豐富,引領了國際微重力科學的發展,在成果管理方面建設了多學科領域的成果信息平臺和資源庫,集中與分布相結合,廣泛開展合作,大量案例說明國際空間站是載人航天應用成果管理的典范。中國載人航天已進入空間站運營階段,后續將開展大規?？臻g科學與應用實驗/試驗,亟需借鑒國外載人航天已經取得的先進方法和成功經驗,開展規范化、高效率、科學合理的成果管理工作,充分發揮應用成果的科技、經濟和社會效益,提升中國載人航天工程的綜合效益和國際影響力。