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空間科學(xué)是以空間飛行器為主要工作平臺(tái)，研究發(fā)生在地球、日地空間、太陽(yáng)系乃至整個(gè)宇宙的物理、化學(xué)和生命等自然現(xiàn)象及其規(guī)律的科學(xué)。空間科學(xué)包括太陽(yáng)物理學(xué)、空間物理學(xué)、空間天文學(xué)、月球與行星科學(xué)、空間地球科學(xué)、空間生命科學(xué)、微重力科學(xué)等分支領(lǐng)域。

1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功以來(lái)，人類開展了大規(guī)模的空間活動(dòng)，共發(fā)射了6000多顆衛(wèi)星和深空探測(cè)器及300多艘（次）載人航天器，其中約900顆衛(wèi)星和深空探測(cè)器用于科學(xué)研究。進(jìn)入太空開展科學(xué)研究，突破性地拓展了人類視野和活動(dòng)疆域，開創(chuàng)了地面無(wú)法實(shí)現(xiàn)或受限的全新實(shí)驗(yàn)方法，革命性的發(fā)現(xiàn)源源不斷，取得了輝煌成就，極大地豐富了人類知識(shí)，深刻地改變了人類的自然觀和宇宙觀，為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

圖片來(lái)源：Stock Snap 作者：Stephen Rahn

1. 基礎(chǔ)前沿和重大科學(xué)問(wèn)題的突破口

空間科學(xué)以發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、探索科學(xué)規(guī)律為目標(biāo)。其研究領(lǐng)域廣闊，涉及太陽(yáng)系乃至宇宙的起源演化、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、生命起源、人類生存環(huán)境等當(dāng)代重大基礎(chǔ)前沿科學(xué)問(wèn)題，以及空間特殊條件下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律等基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，是充滿新發(fā)現(xiàn)機(jī)遇的突破口。

空間科學(xué)集中了當(dāng)代最具挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)前沿和重大科學(xué)問(wèn)題。例如，暗物質(zhì)性質(zhì)和暗能量本質(zhì)問(wèn)題被形容為籠罩在物理學(xué)上的“兩朵烏云”，空間研究將為破解該難題做出獨(dú)特貢獻(xiàn)；生命起源及地外生命之謎最可能在空間研究中得到解答；宇宙中存在地面無(wú)法企及的極端物理?xiàng)l件，空間研究促進(jìn)了宇觀（宇宙學(xué)）和微觀（基本粒子物理學(xué)）研究的融合，成為探究物質(zhì)本源的前沿；太陽(yáng)、空間物理、地球、月球和行星研究將更深入地理解太陽(yáng)系和行星演化，并通過(guò)比較加深對(duì)地球變化趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)；空間檢驗(yàn)基本物理理論將達(dá)到前所未有的精度，并推動(dòng)物理理論的發(fā)展。地球環(huán)境變化涉及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人類命運(yùn)，而空間研究是理解這一復(fù)雜大系統(tǒng)問(wèn)題的有效途徑。

空間科學(xué)對(duì)重大基礎(chǔ)前沿科學(xué)問(wèn)題的研究將取得重大突破，可能催生新一輪的科學(xué)革命，是基礎(chǔ)研究的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域。在過(guò)去的幾個(gè)世紀(jì)中，我國(guó)已經(jīng)屢次失去了在科技革命中有所作為的機(jī)遇，今后不可再錯(cuò)失機(jī)會(huì)。空間科學(xué)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)研究重點(diǎn)突破的重要機(jī)遇，是我國(guó)建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)的重大領(lǐng)域之一。

2.推動(dòng)航天科技發(fā)展的不竭動(dòng)力

空間科學(xué)、空間技術(shù)和空間應(yīng)用構(gòu)成了航天領(lǐng)域的三大支柱。人類探究太空奧秘的渴望和空間科學(xué)不斷獲得的重大發(fā)現(xiàn)，成為激勵(lì)空間活動(dòng)持續(xù)發(fā)展的不竭動(dòng)力。空間科學(xué)挑戰(zhàn)極限的需求有力地牽引著空間技術(shù)向更高水平發(fā)展，促進(jìn)尖端探測(cè)技術(shù)不斷突破，是航天核心技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力，也是空間應(yīng)用的先導(dǎo)和基礎(chǔ)。

大力發(fā)展空間科學(xué)，將有力地帶動(dòng)航天高新技術(shù)的跨越式發(fā)展，激發(fā)航天科技發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力和創(chuàng)新活力，推動(dòng)我國(guó)航天事業(yè)健康、高質(zhì)量的持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)實(shí)現(xiàn)從航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)的跨越，走中國(guó)特色的航天科技創(chuàng)新發(fā)展之路。

3.創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重要陣地

空間科學(xué)的創(chuàng)新性和探索性催生出多種新技術(shù)，空間科學(xué)對(duì)高性能探測(cè)技術(shù)的需求有力地促進(jìn)了光學(xué)、精密機(jī)械、特種材料、人工智能、激光、紅外、極低溫、高性能探測(cè)器和傳感器等高技術(shù)的創(chuàng)新，為國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。

空間科學(xué)各領(lǐng)域的知識(shí)積累和成果轉(zhuǎn)化將帶動(dòng)高新技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。太陽(yáng)物理和空間物理研究、空間天氣預(yù)報(bào)對(duì)保障空間活動(dòng)和地面大型設(shè)施安全具有基礎(chǔ)性作用；空間地球科學(xué)研究為預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)全球氣候變化，解決資源、環(huán)境、污染、災(zāi)害等急迫問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)手段；空間生命科學(xué)研究將獲得創(chuàng)新的生物材料、藥物和醫(yī)療技術(shù)，提高農(nóng)、林產(chǎn)業(yè)水平，促進(jìn)人民健康；微重力科學(xué)對(duì)流體和燃燒的研究對(duì)改進(jìn)地面工業(yè)流程、提高能效、節(jié)能減排有重要貢獻(xiàn)；微重力材料制備的研究，可為優(yōu)化地面工業(yè)生產(chǎn)工藝、合成與開發(fā)新材料做出重要貢獻(xiàn)；微重力基礎(chǔ)物理研究推動(dòng)了量子信息技術(shù)、高精度時(shí)間頻率技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了重大效益。

4. 提升綜合國(guó)力和國(guó)際影響力的重要途徑

空間科學(xué)活動(dòng)體現(xiàn)了國(guó)家目標(biāo)和國(guó)家意志，也是人類求知欲和探索創(chuàng)新力的生動(dòng)體現(xiàn)；其全球矚目，廣受關(guān)注，具有世界性影響，是體現(xiàn)國(guó)家科技進(jìn)步和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志；空間科學(xué)的廣泛國(guó)際合作是開展對(duì)外交往的重要領(lǐng)域，對(duì)吸引青少年投身科學(xué)和提高公眾科學(xué)素養(yǎng)具有不可估量的作用；空間科學(xué)活動(dòng)具有顯著的政治、科技、經(jīng)濟(jì)、外交和文化等意義，對(duì)提高我國(guó)綜合國(guó)力具有重要作用。

1. 科學(xué)驅(qū)動(dòng)的空間任務(wù)

科學(xué)驅(qū)動(dòng)是空間科學(xué)任務(wù)的本質(zhì)特征，創(chuàng)新超越是空間科學(xué)項(xiàng)目的基本理念，空間科學(xué)項(xiàng)目以取得科學(xué)成果為出發(fā)點(diǎn)和最終評(píng)價(jià)依據(jù)。在項(xiàng)目醞釀時(shí)一般采用自下而上的方式，由科學(xué)家主導(dǎo)，經(jīng)同行評(píng)議，確認(rèn)項(xiàng)目的科學(xué)意義和創(chuàng)新性；納入國(guó)家規(guī)劃后在立項(xiàng)、指標(biāo)確定、工程研制中仍需要發(fā)揮首席科學(xué)家和科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的主動(dòng)性與創(chuàng)新性，在工程實(shí)現(xiàn)和任務(wù)管理中始終貫穿科學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向；科學(xué)家在空間科學(xué)任務(wù)中具有關(guān)鍵作用，應(yīng)在任務(wù)領(lǐng)導(dǎo)體制中體現(xiàn)；數(shù)據(jù)（樣品）分析是空間科學(xué)任務(wù)獲取科學(xué)成果的關(guān)鍵階段，應(yīng)加大投入力度，開放數(shù)據(jù)，發(fā)展模型和算法，活躍科學(xué)思想，闡釋科學(xué)機(jī)理，最大化地促進(jìn)科學(xué)成果產(chǎn)出。

2.科學(xué)、技術(shù)與工程的高度結(jié)合

空間科學(xué)項(xiàng)目的遴選依據(jù)是創(chuàng)新的科學(xué)思想和先進(jìn)可行的科學(xué)載荷方案，需要長(zhǎng)期規(guī)劃、征集提案、全面部署、先期預(yù)研、攻克關(guān)鍵、夯實(shí)科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)，推出具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的項(xiàng)目。體現(xiàn)科學(xué)特點(diǎn)的工程管理是空間科學(xué)任務(wù)成功的保證，要在航天工程嚴(yán)格管理的基礎(chǔ)上充分體現(xiàn)科學(xué)任務(wù)的特點(diǎn)，以科學(xué)需求為主線，加強(qiáng)載荷與飛行器、天基和地面段的一體化設(shè)計(jì)及仿真，科學(xué)地確定系統(tǒng)方案和指標(biāo)分配，反復(fù)權(quán)衡迭代，確保系統(tǒng)的科學(xué)能力；研制流程要安排飛行產(chǎn)品和地面科學(xué)分析方案（含軟件）同步研發(fā)并相互驗(yàn)證，同時(shí)保證科學(xué)載荷測(cè)試的完備性和定量化水平；科學(xué)和工程技術(shù)的密切配合是實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵，需要各方專業(yè)人員大力協(xié)同，培育科學(xué)工程文化，培養(yǎng)科學(xué)、技術(shù)和工程融通的復(fù)合型人才隊(duì)伍。

3.國(guó)家科學(xué)規(guī)劃的重要組成部分

空間科學(xué)幾乎涉及全部自然科學(xué)領(lǐng)域，是各大基礎(chǔ)學(xué)科中的前沿方向或重要分支。

空間科學(xué)規(guī)劃應(yīng)成為國(guó)家整體科學(xué)規(guī)劃的重要組成部分。空間科學(xué)承載著探索發(fā)現(xiàn)使命，是融合高端技術(shù)的戰(zhàn)略性科學(xué)領(lǐng)域，是國(guó)家科技發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。空間科學(xué)與自由探索性的科學(xué)活動(dòng)有很大不同，加之空間科學(xué)任務(wù)投入大、任務(wù)實(shí)施周期長(zhǎng)、空間實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)寶貴、風(fēng)險(xiǎn)高，因此在國(guó)家層面的統(tǒng)一規(guī)劃、長(zhǎng)期積累、周密組織是發(fā)展空間科學(xué)的內(nèi)在需求，國(guó)家規(guī)劃的科學(xué)性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性和支持的穩(wěn)定性是空間科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

4.交流合作的活躍領(lǐng)域

基礎(chǔ)性科學(xué)研究需要開放、交流、合作及知識(shí)體系的積累。空間科學(xué)的基礎(chǔ)研究性質(zhì)使其全球范圍內(nèi)的交流合作異常活躍，學(xué)術(shù)交流形式多樣。各國(guó)航天機(jī)構(gòu)大多將國(guó)際合作列為重要的發(fā)展政策，相當(dāng)比例的科學(xué)衛(wèi)星和國(guó)際空間站的科學(xué)任務(wù)都是通過(guò)國(guó)際合作開展的。空間科學(xué)寬廣的研究領(lǐng)域、重大科學(xué)問(wèn)題的廣泛共識(shí)和聚焦、對(duì)學(xué)術(shù)研究深度和探測(cè)技術(shù)的高度依賴、任務(wù)投入大和經(jīng)費(fèi)分擔(dān)等需求，是促使空間科學(xué)活動(dòng)開展深度國(guó)際合作，形成國(guó)際聯(lián)合計(jì)劃的重要原因。空間科學(xué)已成為航天領(lǐng)域?qū)W術(shù)交流和實(shí)質(zhì)性項(xiàng)目合作最活躍的領(lǐng)域。

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當(dāng)今空間科學(xué)研究的重點(diǎn)目標(biāo)更趨集中。從國(guó)際空間科學(xué)的具體計(jì)劃看，科學(xué)衛(wèi)星和深空探測(cè)將持續(xù)高水平推進(jìn)，國(guó)際空間站的綜合利用得到加強(qiáng)，載人空間探索正處于進(jìn)一步醞釀和確定具體目標(biāo)階段。未來(lái)幾十年的空間科學(xué)孕育著對(duì)物理學(xué)、生命科學(xué)、宇宙科學(xué)和地球系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)識(shí)的重大突破。

在太陽(yáng)物理和空間物理學(xué)領(lǐng)域，美國(guó)、歐洲、俄羅斯、日本等計(jì)劃在未來(lái)進(jìn)一步探索太陽(yáng)，研究太陽(yáng)活動(dòng)規(guī)律及對(duì)行星際空間和地球空間的影響；加深對(duì)地球磁層、電離層和大氣層動(dòng)力學(xué)及各圈層相互作用過(guò)程的理解，強(qiáng)調(diào)提高地球空間天氣預(yù)報(bào)能力，以保障空間探索和為技術(shù)社會(huì)服務(wù)；將充分發(fā)揮地面臺(tái)站的作用，開展全球聯(lián)合的地基觀測(cè)，并發(fā)射采用更先進(jìn)探測(cè)技術(shù)的新一代衛(wèi)星，不斷從宏觀和微觀兩個(gè)維度開展探測(cè)。

空間天文項(xiàng)目規(guī)劃對(duì)暗物質(zhì)、暗能量及黑洞附近極端條件下物理過(guò)程等重大前沿問(wèn)題做出了積極的響應(yīng)，空間天文學(xué)今后研究的主要熱點(diǎn)是：黑洞及宇宙極端條件、暗能量、暗物質(zhì)和宇宙演化、星系結(jié)構(gòu)和演化、類地太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)的搜尋等。空間可見光及紅外巡天，以及X射線、伽馬射線、宇宙射線、紅外和紫外是天文衛(wèi)星觀測(cè)的重點(diǎn)領(lǐng)域。引力波天文探測(cè)的新窗口已經(jīng)打開，在空間進(jìn)行的低頻段引力波直接探測(cè)，發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞等星體的并合，尋找電磁對(duì)應(yīng)體將成為新的熱點(diǎn)。未來(lái)空間天文學(xué)的發(fā)展將醞釀革命性的新發(fā)現(xiàn)和重大突破。

月球與行星科學(xué)的發(fā)展態(tài)勢(shì)表明，美國(guó)將主要精力放在火星和小行星探索上，2017年已調(diào)整到月球探索方面，為未來(lái)可能的載人火星任務(wù)做準(zhǔn)備；各國(guó)探索的重點(diǎn)是月球、火星、木星及木衛(wèi)二、土衛(wèi)六等巨行星的衛(wèi)星，還有小行星和金星。尋找太陽(yáng)系天體可能存在的水和生命成為熱點(diǎn)，將在太陽(yáng)系形成和太陽(yáng)系天體演化方面取得新的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

空間地球科學(xué)和全球變化仍然是各空間大國(guó)高度重視的領(lǐng)域。將地球大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈及其相互作用作為整體系統(tǒng)的研究得到加強(qiáng)，重點(diǎn)是加強(qiáng)對(duì)各圈層變化規(guī)律及相互作用的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程的研究，了解主導(dǎo)全球變化的機(jī)理和變化規(guī)律，提高理解、預(yù)測(cè)及應(yīng)對(duì)全球變化的能力。地球科學(xué)各領(lǐng)域?qū)＜业暮献骱蛧?guó)際聯(lián)合研究的趨勢(shì)也十分明顯。

空間生命科學(xué)和人體科學(xué)研究以國(guó)際空間站為主要平臺(tái)，將獲取新的基礎(chǔ)科學(xué)成果和轉(zhuǎn)化應(yīng)用成果。歐洲的空間生命科學(xué)研究注重基礎(chǔ)和連續(xù)性；美國(guó)一度單純強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)期載人活動(dòng)中航天員的安全和健康問(wèn)題，現(xiàn)又加強(qiáng)了對(duì)基礎(chǔ)生物學(xué)的支持力度；俄羅斯在航天醫(yī)學(xué)和健康藥物防護(hù)、高等植物栽培、蛋白質(zhì)晶體、生物制劑、藥物提純等方面開展了廣泛、系統(tǒng)的研究；日本在密閉生態(tài)實(shí)驗(yàn)、蛋白質(zhì)科學(xué)和航天員健康保障方面開展了重點(diǎn)研究，并將繼續(xù)進(jìn)行和發(fā)展。

微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)主要在國(guó)際空間站開展，基礎(chǔ)物理對(duì)探索物理規(guī)律的重要性得到普遍認(rèn)可。空間量子物理研究和應(yīng)用開始興起，量子氣體極低溫及其在臨界點(diǎn)附近的新物態(tài)、等效原理驗(yàn)證、空間冷原子鐘、高精度時(shí)間頻率及相關(guān)基礎(chǔ)物理研究受到高度關(guān)注。研究和理解微重力條件下復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)捩新規(guī)律，包括軟物質(zhì)（膠體、細(xì)顆粒物、生物流體等）的流變行為、自組織和結(jié)晶，以及燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熔體深過(guò)冷與非平衡相變、空間增材制造、相變和兩相（多相）流體行為等未來(lái)重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

我國(guó)空間科學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：到2035年左右整體進(jìn)入世界先進(jìn)行列，在若干重點(diǎn)領(lǐng)域取得有重大影響的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和突出成就，成為國(guó)際上有重要影響的空間科學(xué)大國(guó)。到21世紀(jì)中葉，主要領(lǐng)域處于領(lǐng)先或引領(lǐng)地位，成為空間科學(xué)強(qiáng)國(guó)。

太陽(yáng)物理學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：進(jìn)一步認(rèn)識(shí)太陽(yáng)活動(dòng)規(guī)律、太陽(yáng)結(jié)構(gòu)與演化，了解太陽(yáng)活動(dòng)作為擾動(dòng)源對(duì)日地空間和人類生存環(huán)境的影響。

空間物理學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：提升對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)爆發(fā)機(jī)制和近地空間等離子體動(dòng)力學(xué)的基本物理過(guò)程的科學(xué)認(rèn)識(shí)，了解日地耦合系統(tǒng)和地球空間各個(gè)圈層相互作用的變化規(guī)律，大幅度提升空間天氣應(yīng)用服務(wù)的能力，更好地滿足國(guó)家和社會(huì)的需求。空間天文學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：通過(guò)開展先進(jìn)的多波段空間觀測(cè)、引力波探測(cè)和系外行星探測(cè)，在理解宇宙極端物理過(guò)程和規(guī)律、宇宙暗物質(zhì)性質(zhì)和暗能量本質(zhì)、星系形成演化等重點(diǎn)領(lǐng)域取得重大發(fā)現(xiàn)。

月球與行星科學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：在月球關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題方面取得突破；開展以火星為主線的深空探測(cè)和比較行星學(xué)研究，深入理解火星和地球的變化趨勢(shì)，開展生命及相關(guān)物質(zhì)的探測(cè)與研究，在太陽(yáng)系生命的起源與演化探索中取得突破。

空間地球科學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：創(chuàng)新和提升地球觀測(cè)水平與能力，在全球變化和各圈層科學(xué)研究方面形成有我國(guó)特色的科學(xué)理論與方法體系，取得一批有國(guó)際影響的重大原創(chuàng)性成果。

空間生命科學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：在人體科學(xué)和航天醫(yī)學(xué)、空間基礎(chǔ)生物學(xué)、生物技術(shù)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用、宇宙生物學(xué)、生物再生生命保障系統(tǒng)等重點(diǎn)領(lǐng)域取得有重大影響的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和突破，并為我國(guó)載人空間活動(dòng)提供保障，為未來(lái)長(zhǎng)期載人探索奠定基礎(chǔ)。

微重力科學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是：在基礎(chǔ)物理重點(diǎn)方向，以及微重力流體、燃燒和空間材料科學(xué)的新興重點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)方向?qū)崿F(xiàn)科學(xué)突破，并積極推進(jìn)相關(guān)知識(shí)、技術(shù)研究成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，為我國(guó)高技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和資源環(huán)境領(lǐng)域做出顯著貢獻(xiàn)。

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1.太陽(yáng)物理和空間物理學(xué)

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①太陽(yáng)風(fēng)暴形成機(jī)制傳播過(guò)程；②日地系統(tǒng)空間天氣的耦合過(guò)程；③空間天氣區(qū)域和集成建模方法；④空間天氣對(duì)人類活動(dòng)的影響。

我國(guó)優(yōu)先研究方向聚焦于日地系統(tǒng)連鎖變化過(guò)程的研究，目的是顯著提升我國(guó)應(yīng)對(duì)空間天氣災(zāi)害的能力。具體包括：形成空間天氣連鎖過(guò)程的整體性理論框架；構(gòu)建空間天氣因果鏈綜合模式；建立起基于物理規(guī)律的空間天氣集成模式；太陽(yáng)爆發(fā)事件在日地復(fù)雜系統(tǒng)的傳播、演化、耗散過(guò)程的定量化描述；利用國(guó)內(nèi)外天基、地基觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬和理論研究，開展空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)試驗(yàn)，支撐我國(guó)空間活動(dòng)的安全；開拓空間天氣對(duì)人類活動(dòng)影響機(jī)理的研究。此外，發(fā)展太陽(yáng)和空間物理探測(cè)的新概念與新方法，提出新的空間天氣系列衛(wèi)星方案，開展子午工程II期建設(shè)并推進(jìn)國(guó)際空間天氣子午圈計(jì)劃。

2.空間天文學(xué)

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①天體高能過(guò)程，黑洞視界和中子星表面及內(nèi)部極端物理過(guò)程與機(jī)制；②暗物質(zhì)性質(zhì)，宇宙加速膨脹機(jī)制和宇宙基本物理規(guī)律；③恒星生命周期，星系和類星體等各種宇宙天體的演化規(guī)律；④類地行星及生命跡象。

優(yōu)先發(fā)展方向：劇烈爆發(fā)現(xiàn)象（如伽馬暴等）的多信使、多電磁波段聯(lián)合觀測(cè)及物理機(jī)制研究，極強(qiáng)引力、極強(qiáng)磁場(chǎng)和極高密度等極端條件下的物理規(guī)律；觀測(cè)宇宙學(xué)和宇宙學(xué)模型檢驗(yàn)；星系科學(xué)研究，天體形成與演化；空間引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體的探測(cè)、綜合研究；類地太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)的搜尋。此外，發(fā)展創(chuàng)新的探測(cè)技術(shù)，發(fā)射先進(jìn)天文衛(wèi)星，重點(diǎn)是天體高能波段觀測(cè)、空間光學(xué)巡天觀測(cè)、宇宙線和暗物質(zhì)探測(cè)、空間引力波直接探測(cè)、空間甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）射電觀測(cè)和系外行星觀測(cè)；加強(qiáng)天體物理和宇宙學(xué)數(shù)值模擬和理論研究。

3.月球與行星科學(xué)

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①月球形成、巖漿洋結(jié)晶與殼-幔分異，月球撞擊歷史；②月表物理環(huán)境、太空風(fēng)化和月壤物性；③火星地質(zhì)演化、多圈層相互作用與古環(huán)境演化；④火星磁場(chǎng)、大氣逃逸和大氣演化；⑤火星上水與生命活動(dòng)跡象。

我國(guó)將月球、火星、木星和小行星系統(tǒng)探測(cè)作為優(yōu)先發(fā)展方向。月球與行星科學(xué)的主要研究方向與之配合，包括月球（火星）返回樣品分析研究，月球（火星）成因、演變與構(gòu)造研究，資源與能源利用研究；火星形貌、地質(zhì)、大氣與磁層研究；火星和木衛(wèi)的水與生命探索研究；比較行星學(xué)研究。此外，將進(jìn)一步凝練科學(xué)目標(biāo)，研發(fā)創(chuàng)新的輕量化、小型化、集成化、功能多樣的有效載荷和探測(cè)方法支撐探測(cè)計(jì)劃。

4.空間地球科學(xué)

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①氣候變化研究和地球復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)值模擬；②水循環(huán)和能量循環(huán)過(guò)程研究；③地球生物化學(xué)循環(huán)和地球生物物理過(guò)程；④全球重力場(chǎng)分布、海平面變化、板塊運(yùn)動(dòng)研究。

優(yōu)先發(fā)展方向：大氣動(dòng)力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和輻射機(jī)理及其耦合機(jī)制；陸地、海洋、生態(tài)、大氣圈層相互作用與區(qū)域氣候調(diào)控過(guò)程；陸、海、氣、生態(tài)系統(tǒng)的水和碳的循環(huán)、收支變化及定量研究；地球輻射收支平衡過(guò)程和能量循環(huán)；人類活動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)牧業(yè)、水資源和人類健康對(duì)氣候變化的敏感性與適應(yīng)性。此外，需要充分利用業(yè)務(wù)衛(wèi)星和地面臺(tái)站信息，發(fā)展地球科學(xué)研究衛(wèi)星，推進(jìn)地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程；完善氣候系統(tǒng)模式中的過(guò)程定量描述和地球系統(tǒng)數(shù)值模擬。

5.空間生命科學(xué)

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①微重力下人體生理變化機(jī)制，宇宙輻射對(duì)機(jī)體的危害；②生物不同層次對(duì)（微）重力、輻射、亞磁、節(jié)律變化的感知及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，損傷與修復(fù)或適應(yīng)機(jī)理；③生命起源的環(huán)境和分子機(jī)制。優(yōu)先發(fā)展方向：空間人體心血管功能失調(diào)、骨質(zhì)流失、肌肉萎縮、免疫功能減弱、神經(jīng)功能障礙、空間運(yùn)動(dòng)病、消化代謝紊亂等機(jī)制及對(duì)抗措施；植物不同層次對(duì)微重力刺激轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝響應(yīng)的細(xì)胞及分子機(jī)理；空間生物再生生命保障基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題；干細(xì)胞和細(xì)胞（組織）的空間三維培養(yǎng)；空間亞磁、生物力學(xué)、生命分子進(jìn)化等前沿交叉問(wèn)題；生物技術(shù)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用。此外，發(fā)展先進(jìn)的空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和診斷技術(shù)、基因組測(cè)序等分析技術(shù)，組織科學(xué)計(jì)劃，開展一系列空間實(shí)驗(yàn)并取得重點(diǎn)突破。

6. 微重力科學(xué)

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①微重力流體物理方面包括界面動(dòng)力學(xué)，相變及多相流傳熱傳質(zhì)規(guī)律，膠體晶體自組織及相轉(zhuǎn)變機(jī)理，分散體系聚集行為；②微重力燃燒科學(xué)方面包括近可燃極限燃燒、湍流燃燒，燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；③空間材料方面包括生長(zhǎng)界面形態(tài)穩(wěn)定性與演化熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程，擴(kuò)散、聚集與分離、分凝與組分配比控制，缺陷形成機(jī)制及組織結(jié)構(gòu)完善性控制，空間環(huán)境下材料服役性能退化機(jī)制及控制；④基礎(chǔ)物理方面包括光秒量級(jí)的量子力學(xué)非定域性，量子氣體在皮開（pK，10-12K）量級(jí)溫度下的新奇量子特性和新物理態(tài)，強(qiáng)弱等效原理、廣義相對(duì)論的完備性。

優(yōu)先發(fā)展方向：微重力流體物理優(yōu)先發(fā)展方向除流體基本問(wèn)題研究外，重點(diǎn)關(guān)注軟物質(zhì)、多相流動(dòng)、相變傳熱及其應(yīng)用；燃燒方面優(yōu)先發(fā)展與動(dòng)力技術(shù)和地面應(yīng)用相關(guān)的液滴、湍流擴(kuò)散等燃燒規(guī)律，煤冷焰燃燒研究，以及航天器防火涉及的燃燒問(wèn)題；空間材料重點(diǎn)研究材料科學(xué)的本質(zhì)問(wèn)題，包括界面穩(wěn)定性，相分離與聚集行為，金屬合金等重要材料加工過(guò)程機(jī)理，地面難以制備的特殊功能材料，高溫熔體物理性質(zhì)測(cè)量，材料在交變溫度與輻照等環(huán)境長(zhǎng)期服役條件下的損傷機(jī)制，增材制造和地外資源原位利用等；基礎(chǔ)物理的優(yōu)先發(fā)展方向是量子力學(xué)完備性的空間驗(yàn)證，極低溫下的量子統(tǒng)計(jì)性、量子相變、量子渦旋、物質(zhì)波干涉、玻色與費(fèi)米量子氣體的相互作用，冷原子微波鐘和冷原子光鐘及精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)變化精密測(cè)量，超過(guò)現(xiàn)有精度的強(qiáng)/弱等效原理、引力紅移、磁型引力效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

1. 政策和體制機(jī)制建議

1）明確發(fā)展目標(biāo)。將空間科學(xué)作為建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)布局的重點(diǎn)領(lǐng)域，到2050年成為空間科學(xué)強(qiáng)國(guó)。

2）建立統(tǒng)一的國(guó)家空間科學(xué)管理機(jī)構(gòu)。制定國(guó)家空間科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略和中長(zhǎng)期規(guī)劃；明確發(fā)展方向、科學(xué)目標(biāo)、重點(diǎn)領(lǐng)域，通過(guò)征集項(xiàng)目建議，形成實(shí)施計(jì)劃和持續(xù)穩(wěn)定、及時(shí)滾動(dòng)的發(fā)展模式。

3）建立科學(xué)穩(wěn)定的投入機(jī)制。空間科學(xué)單列預(yù)算并保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，保障長(zhǎng)期規(guī)劃的穩(wěn)定實(shí)施；統(tǒng)籌國(guó)家各部門投入機(jī)制，分工有序地支持預(yù)先研究、科學(xué)儀器、研究設(shè)施、研究條件、地面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析研究、成果轉(zhuǎn)化全鏈條工作。

4）建立空間科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。加強(qiáng)空間科學(xué)核心研究機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，實(shí)行目標(biāo)導(dǎo)向的任務(wù)管理機(jī)制，調(diào)動(dòng)各方面力量積極參與空間科學(xué)活動(dòng)，建立數(shù)據(jù)共享開放機(jī)制。

2. 發(fā)展路線、途徑和保障措施建議

本書提出了我國(guó)空間科學(xué)任務(wù)的發(fā)展路線圖，并提出以下建議。

1）建立我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星系列，增加發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星數(shù)量并提高科學(xué)技術(shù)水平，今后平均每年發(fā)射兩顆科學(xué)衛(wèi)星（含深空探測(cè)器），包括重大“旗艦”級(jí)項(xiàng)目，后期條件成熟可以適當(dāng)增加。

2）在國(guó)家航天專項(xiàng)中加大空間科學(xué)任務(wù)比重，加強(qiáng)在空間站實(shí)施多領(lǐng)域空間科學(xué)任務(wù)的部署，隨運(yùn)行階段不斷優(yōu)選創(chuàng)新項(xiàng)目，建成國(guó)家級(jí)太空實(shí)驗(yàn)室，加強(qiáng)探月工程和深空探測(cè)中的科學(xué)任務(wù)規(guī)劃。

3）加強(qiáng)各類研究設(shè)施和地面臺(tái)站建設(shè)，建設(shè)高空科學(xué)氣球、探空火箭基地并開展業(yè)務(wù)運(yùn)行，建設(shè)新的大型長(zhǎng)時(shí)間微重力（低重力）模擬設(shè)施和其他模擬空間環(huán)境的設(shè)施。

4）部署并先期開展重大空間科學(xué)項(xiàng)目的科學(xué)載荷技術(shù)攻關(guān)。

5）加強(qiáng)空間科學(xué)數(shù)據(jù)分析及理論研究。

6）開展高層次的國(guó)際合作，推動(dòng)由我國(guó)發(fā)起、多國(guó)參與的“旗艦”級(jí)大型空間科學(xué)項(xiàng)目，并積極參加國(guó)際重要空間科學(xué)計(jì)劃。

7）加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)，大力開展空間科學(xué)普及和教育活動(dòng)。

3. 對(duì)空間科學(xué)資助的建議

1）統(tǒng)籌協(xié)調(diào)國(guó)家各部門投入機(jī)制，在空間科學(xué)規(guī)劃下分工支持空間科學(xué)不同階段全過(guò)程的投入。

2）建議科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)針對(duì)國(guó)家重大航天專項(xiàng)中有重要價(jià)值的空間科學(xué)方向和項(xiàng)目，通過(guò)設(shè)立重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，聯(lián)合基金、重點(diǎn)或重大基金，重點(diǎn)資助其學(xué)科前沿研究、重要地面研究設(shè)施及運(yùn)行、地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)、研發(fā)條件保障建設(shè)和數(shù)據(jù)處理分析。

3）建議國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重視新創(chuàng)意的空間科學(xué)和技術(shù)概念，通過(guò)面上項(xiàng)目或重點(diǎn)項(xiàng)目予以資助。

本文摘編自中國(guó)科學(xué)院編《中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·空間科學(xué)》文前摘要。

中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·空間科學(xué)

（中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略）

叢書策劃：侯俊琳  牛  玲

北京：科學(xué)出版社 2019.04

ISBN 978-7-03-060553-5