「十一五」空間科學發展規劃

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更新時間: 2013-09-05

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《」十一五「空間科學發展規則》是中國政府未來空間科學發展藍圖。《規劃》以滿足國民經濟發展和國家安全需求、建設創新型國家為出發點,著力提升空間科學的自主創新能力和持續健康發展能力,明確了未來十五年總體戰略目標與「十一五」目標和主要任務,提出了「十一五」期間空間科學項目計劃和政策措施。

 

「十一五」空間科學發展規劃 -發展規劃

「十一五」空間科學發展規劃


國防科工委
2007年1月


目         錄
前      言        2
一、指導思想和編製原則        3
(一)指導思想        3
(二)編製原則        4
二、總體戰略目標與「十一五」目標        4
(一)未來十五年總體戰略目標        4
(二)「十一五」發展目標        5
(三)「十一五」各領域目標和主要任務        5
1、空間天文和太陽物理        5
2、空間物理與太陽系探測        6
――物理領域        6
――太陽系探測        7
3、微重力科學和空間生命科學        8
――微重力科學        8
――空間生命科學        9
三、「十一五」空間科學項目計劃        9
——載人航天工程        9
——月球探測工程        10
——空間硬X射線調製望遠鏡        10
——返回式科學實驗衛星        10
——背景型號項目        11
1、空間太陽望遠鏡        11
2、夸父計劃        11
——國際合作項目        11
1、中俄火星空間環境探測計劃        11
2、中俄合作世界空間紫外天文台計劃        12
3、太陽爆發探測小衛星        12
——空間科學項目的前期關鍵技術研究和科學研究        12
四、政策措施        13

 

「十一五」空間科學發展規劃 -內容分析

前      言
空間科學開展從宇宙的過去到現在以至未來的研究,進行從宏觀的天體到極端條件下原子與分子基本規律的探索,並從根本上揭示客觀世界的規律。空間科學是世界各國爭相研究的熱點學科,也是各國展示科技實力的舞台,更是引領世界科技發展的重要驅動力。
空間科學的發展強烈地依賴於先進的航天技術。中國是世界上少數幾個航天大國之一,中國的世界大國地位和國家安全需求決定了中國航天技術將持續高速發展,同時為中國空間科學的起飛奠定堅實的基礎。因此空間科學是中國基礎科學研究中有條件在15年內通過跨越式發展帶動一批科學研究領域進入世界前沿的學科領域。
開展空間科學研究和探測活動,是建立創新型國家的重要推動力,對中國航天技術的整體發展具有深遠影響和重大意義。首先,空間科學是基礎科學研究的重要領域,它在當前自然科學微觀和宏觀兩個重要前沿中佔據著宏觀領域並和微觀領域的重要科學問題有密切的關係,孕育著科學上的重大突破和發現。在中國建設創新型國家的進程中,激勵和發展基礎科學研究是重要任務之一。其次,空間科學衛星通常對衛星平台具有多方面的特殊要求,也可以承受較大風險,因此對航天高技術有很強的牽引和帶動作用。第三,空間科學衛星計劃是開展中國航天國際合作的重要窗口,通過國際合作不但可以節省經費,還可以使中國的空間科學與技術實現跨越式的發展。第四,空間科學的某些領域已經進入應用階段。對日地空間環境的研究已可為航天器的安全提供保障,部分微重力科學和空間生命科學實驗可能孕育著極大的經濟效益。最後,空間科學是進行科普教育,激勵民眾,吸引青少年學習科學知識的有效手段,任何航天發射和科學探索活動的成功都可以極大激勵民族自信心。
本規劃所指的空間科學是指利用空間飛行器平台從事的科學研究活動,主要包括:空間天文學和太陽物理學、空間物理學(包括空間環境和空間天氣學)及對太陽系中的天體和空間物質進行的各種探測和研究、利用航天器平台在空間開展的微重力科學和空間生命科學研究。
空間科學的基本任務:
1.        空間天文和太陽物理學:克服地球大氣對地面天文觀測的影響,從空間進行觀測,研究宇宙整體以及包括太陽在內的各種天體的起源和演化;利用人造天體探索大尺度的物理規律。
2.        空間物理與太陽系探測:空間物理主要研究太陽系特別是日地空間中的物理現象與規律,研究空間環境及其對人、對空間活動和生態環境的影響;太陽系探測進行對地球以外其他天體的直接測量,研究太陽系內各類天體的形成和演化,探索地外生命。
3.        微重力科學:研究微小重力環境中物質運動的規律,包括微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學和製備、空間基礎物理、以及與空間生物技術和生命科學相交叉的領域。
4.        空間生命科學:主要研究重力和輻射對人體以及其它生命現象的影響,包括空間醫學和生理學、輻射生物學、重力生物學以及空間生物技術。
一、指導思想和編製原則
(一)指導思想
貫徹鄧小平理論和「三個代表」重要思想,樹立和落實科學發展觀, 以胡錦濤總書記關於國防科技工業發展的「四個堅持」為指導,以滿足國民經濟發展和國家安全需求、建設創新型國家為根本出發點,統籌空間技術、空間應用、空間科學全面協調發展,重點解決制約空間科學發展的技術「瓶頸」,著力提升空間科學的自主創新能力和持續健康發展能力,實現中國空間科學的跨越式發展,推進空間科學事業為全面建設小康社會、構建和諧社會服務,為建設創新型國家服務,為國家安全與祖國統一服務,為維護世界和平與發展服務。在空間科學發展中,優先支持面向重大科學問題的自主創新性項目,重點支持日地空間環境、太陽系探測以及空間天文學,持續支持空間環境利用(包括微重力,空間生命科學和空間對地觀測),積極鼓勵空間科學領域的公眾教育和國際合作。
(二)編製原則
本規劃根據《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》、《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》制定,以科學發展觀為指導,在航天「十一五」規劃思路的基礎上,充分總結和分析國內外空間科學的現狀和發展趨勢以及中國面臨的機遇與挑戰,立足中國現有基礎,合理規劃和布局空間科學各領域,進一步明確空間科學「十一五」和未來15年發展目標和重點任務,落實科學發展觀,以指導和推進空間科學全面、協調和可持續發展。
二、總體戰略目標與「十一五」目標
(一)未來十五年總體戰略目標
未來15年有選擇地開展針對重大科學問題的前沿探索與研究,著重建設自主開展空間天文觀測研究、日地空間環境和太陽系探測、微重力科學和空間生命科學研究的能力和基礎,逐步形成以覆蓋多個前沿學科領域的空間科學計劃為標誌的空間科學體系,全面提升中國空間科學的研究水平,實現跨越式發展,取得重大原創性科學成果,解決國家戰略需求的重大問題,在空間科學主要領域達到國際先進水平。
(二)「十一五」發展目標
——實施國家中長期科技發展規劃中的載人航天和月球探測工程。
——自主研製硬X射線調製望遠鏡(HXMT),實現中國空間天文衛星零的突破,在黑洞物理研究等領域取得突破。
——發射「實踐-10號」返回式空間科學實驗衛星,進行微重力科學和空間生命科學的實驗研究。
——充分利用空間科學的國際合作優勢,參與中俄火星空間環境探測計劃和世界空間紫外天文台(WSO/UV)計劃以及中法太陽爆發探測小衛星(SMESE)計劃。
——進一步深化空間太陽望遠鏡(SST)的關鍵技術研究,開展「夸父」計劃的背景項目預先研究,凝練科學目標,突破關鍵技術。
——開展空間科學相關領域的關鍵技術和科學研究。

(三)「十一五」各領域目標和主要任務
1、空間天文和太陽物理
科學目標:以太陽作為離我們最近的天體物理實驗室和以黑洞作為理解恆星演化及星系演化的突破點,利用地外空間不受地球大氣吸收和干擾的優越觀測條件開展對各種尺度和層次的天體的多波段空間天文觀測研究,探索引力波。
關鍵科學問題:早期宇宙、星系與宇宙結構的大尺度特性;第一批恆星和星系的形成;暗物質和暗能量的本質;各種尺度黑洞的形成和演化;恆星及其行星系統的形成以及巨行星和類地行星的誕生與演化;理解作為恆星的太陽。
主要任務:通過自主研製,擬在2010年將硬X射線調製望遠鏡(HXMT)發射上天開始運行,實現中國空間天文衛星零的突破,在硬X射線天文學觀測和研究領域達到世界先進水平,發現被塵埃包裹的超大質量黑洞、研究脈衝星等緻密天體和黑洞強引力場中的動力學和高能輻射過程,爭取在相關領域取得突破,達到國際領先水平;通過與法國等的國際合作,發揮中國在某些高能波段衛星載荷上的優勢,與法方共同研製併發射太陽爆發探測小衛星(SMESE),實現在太陽活動峰年期間對太陽高能波段的持續觀測,為太陽基本物理問題和空間天氣學的研究提供觀測手段。HXMT和SMESE以中國有良好基礎的空間高能觀測為切入點,帶動高能天體物理學的全面提升,為中國多波段空間天文觀測奠定良好的基礎;通過與俄羅斯合作,推進世界紫外天文台(WSO/UV)項目,全面提升中國紫外天文學的研究和紫外光學技術的發展水平;繼續進行SST的關鍵技術深化研究,爭取儘早發射,以獲得太陽表面70-100公里尺度的解析度和高精度磁場結構,實現對太陽磁元的精確觀測,取得太陽物理研究的重大突破,並為空間天氣預報提供重要的物理依據和新方法。
2、空間物理與太陽系探測
――物理領域

科學目標:通過研究太陽活動—行星際空間擾動—地球空間暴的鏈鎖變化過程理解日地空間的空間天氣的發生和發展。
關鍵科學問題:太陽劇烈活動的規律和產生機理以及太陽擾動在行星際空間中的傳播與演化;地球空間暴的多時空尺度物理過程;日地鏈鎖變化中的基本等離子體物理過程;日地空間天氣物理與數值預報模型;日地鏈鎖變化對人類活動和生態環境的影響;日地空間特殊環境(高能粒子輻射、等離子體背景,氧原子,空間碎片等)對航天器的損傷效應及對策研究。
主要任務:在「雙星」計劃的基礎上,圍繞「夸父」項目概念開展預先研究,進一步凝練科學目標和解決關鍵探測技術,聯繫國際上開展的重大計劃,儘快完善中國自主的空間物理和空間環境探測衛星計劃,為實現中國在該領域研究的跨越式發展奠定基礎。探測的空間區域不局限於地球空間,實現進入行星際空間的突破。力爭在日地空間連鎖變化過程的整體行為探測上取得重大進展,建立起符合實際的空間天氣預報模式,為航天安全、通訊保障和國家安全建立空間天氣保障體系提供科學基礎。
――太陽系探測

科學目標:在月球上建立觀測基地,開展月球資源的分佈規律和利用研究;通過地球與其他行星的比較研究,從不同角度認識地球空間環境和地球內部各圈層的形成和演化規律,為保障人類在地球上持續生存和發展提供科學依據和對策;進行類地行星科學,特別是地—月系科學研究。
關鍵科學問題:月表土壤、礦物組成和化學特性,月球內部結構以及自轉規律;地—月系統起源和演化;以火星為主的類地行星的空間環境(大氣、電離、磁層)與地球空間環境比較研究;以火星為主的類地行星的礦物組成和化學特性及其與地球的比較研究;以火星為主的類地行星上的生命問題;以火星為主的類地行星的大氣和表面水體的消失和演化過程及其現狀特徵。
主要任務:在環月探測的基礎上,積極進行月球探測和以火星為主線的深空探測規劃,積极參与國際合作。




3、微重力科學和空間生命科學
――微重力科學
科學目標:利用空間微重力環境進行微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學和基礎物理研究。在獲得對自然現象新認識的同時,積極開拓多方面的應用。
關鍵科學問題:重點研究表面和界面現象、多相流和熱傳遞過程、複雜流體現象等在地面難於研究的問題;揭示燃燒內在規律的研究(微重力條件下著火、火焰傳播、熄火條件等);研究材料的凝固規律和高品質材料的製備方法,發展凝固理論和晶體生長理論,改進地面材料的製備方法;引力理論、激光冷卻和低溫凝聚態物理等物理學基本問題研究。
主要任務: 「十一五」期間完成「實踐-10號」衛星的空間實驗項目遴選,完成硬體研製和空間實驗,獲得一批有價值的學術成果;準備後續返回式衛星的科學實驗項目,徵集和討論基礎物理實驗衛星的方案,為進一步的空間實驗進行關鍵技術研究和前瞻性科學課題預研。

――空間生命科學

科學目標:探索空間及地面的重要生命過程及其本質,為人類在空間長期活動和生存提供依據和支持;利用空間環境資源開發生物技術,獲得一批具有重大影響的、原創性的理論和應用成果。
關鍵科學問題:從分子-細胞-組織-個體層次上研究生物體對空間環境的響應和適應規律,生命個體之間的相互關係、生態系統內物質循環和能量流,以及基於空間環境的生物工程技術等。
主要任務:在已經取得一定科學積累的基礎上,凝練空間生命科學研究的科學問題;繼續利用返回式衛星建立空間生命科學研究可持續發展的天基試驗平台;整合和加強地基對比試驗平台。 「十一五」期間完成「實踐-10號」衛星的實驗項目遴選、硬體研製和空間飛行實驗,獲得一批有價值的學術成果;準備後續返回式衛星的科學實驗項目,為進一步的空間實驗進行關鍵技術研究和前瞻性科學課題預研;繼續爭取一切可能的國內外空間實驗機會,精選一批基礎好、顯示度高、原創性的重大項目,在學術上取得創新成果。
三、「十一五」空間科學項目計劃
——載人航天工程
突破航天員出艙活動以及空間飛行器交會對接重大技術,開展具有一定應用規模的短期無人照料、長期在軌自主飛行的空間實驗室的研製,開展微重力科學和空間生命科學、空間天文和空間物理等方面的科學研究。開展載人航天工程後續研究工作。
——月球探測工程
2007年實現繞月探測,主要科學目標為:獲取月球表面三維影像,分析月球表面用元素含量和物質類型的分佈特點,探測月壤特性和地月空間環境。2012年前後實現月球軟著陸和自動巡視勘察;2017年前後實現自動採樣返回。
——空間硬X射線調製望遠鏡
空間硬X射線調製望遠鏡(HXMT)的工作能區為1-250 keV,其定位精度和角解析度分別好於1角分和5角分,靈敏度為3.0×10-7 ph cm-2 s-1 keV-1(3σ@100 keV, 105s)。計劃2010年發射上天,實現中國空間天文衛星零的突破,完成硬X射線巡天,發現大批被塵埃包裹的超大質量黑洞,實現對脈衝星X射線脈衝的高精度觀測,對緻密天體和黑洞強引力場中動力學和高能輻射過程進行高水平研究。
——返回式科學實驗衛星
2009 年發射「實踐10號」返回式科學實驗衛星,面向科學探索前沿和國家重大需求,綜合安排基礎研究、高技術發展和型號衛星關鍵技術實驗。充分、合理地利用返回式衛星的返回艙和留軌艙,取得一批重大應用研究和重要基礎研究成果。
——背景型號項目
1、空間太陽望遠鏡
空間太陽望遠鏡(SST)將裝備中國首創的二維同時光譜儀,測量太陽表面向量磁場解析度為0.1~0.15角秒(λ400~600 nm),光偏振測量精度為10-4。其任務是在廣泛的光譜範圍內和連續的時間演化上,通過高空間解析度和高時間解析度探測,實現太陽物理研究的重大突破,並為空間天氣預報提供重要依據和新方法。「十一五」期間繼續進行關鍵技術的深化研究,爭取儘快發射。
2、夸父計劃
以觀測研究空間天氣的整體連續演化為主要目標的「夸父」計劃由三顆衛星組成:「夸父」A衛星位於日—地連線上距地球150萬公里的日地第一拉格朗日點(L1)處,用來監測太陽活動的發生及其伴生現象向日地空間的傳播過程;「夸父」B包括的兩顆衛星位於磁層極區,主要觀測目標是地球空間對太陽活動和行星際擾動的響應,持續觀測極光及其與磁層亞暴發生和發展時序過程。計劃2012年發射上天。
——國際合作項目
1、中俄火星空間環境探測計劃
利用俄羅斯預期於2009年9月實施的火衛一土壤(Phobos-Grunt)計劃發射一顆中方負責的小衛星,聯合開展火星空間環境的探測。主要的科學目標為探測火星的磁層和電離層,探尋火星水的消失機制,開展比較行星學的研究,揭示類地行星的空間環境演化的特徵及其規律。

2、中俄合作世界空間紫外天文台計劃

世界空間紫外天文台(WSO/UV)是俄羅斯、中國及歐洲共同參與研製的、工作在103-320納米波段的綜合性大型空間天文台。主鏡1.7米,配有高分辨律高靈敏度照相機、高解析度階梯光柵攝譜儀以及中國承擔研製的長縫攝譜儀(LSS),其在紫外波段的觀測能力是哈勃空間望遠鏡的5-10倍。預計2010年底發射,設計壽命5年。WSO/UV將填補未來5-10年大型天文觀測設備在紫外波段的空缺,為揭示宇宙再電離歷史、結構形成以及探測太陽系外行星大氣等一系列天文學重大前沿問題提供強大的觀測手段。
3、太陽爆發探測小衛星
太陽爆發探測小衛星對太陽上兩類最劇烈的爆發現象-耀斑和日冕物質拋射進行多波段,多能段的同時組合觀測,探索小尺度局地爆發(耀斑)和大尺度整體爆發(日冕物質拋射)的關係,並可以為空間天氣預報提供源頭的觀測數據。計劃2010年發射上天。
——空間科學項目的前期關鍵技術研究和科學研究
為實現「十一五」和未來15年的發展目標,空間天文領域主要完成空間太陽望遠鏡關鍵技術的深化研究和紫外長縫光譜儀的背景型號研究;完成硬X射線聚焦望遠鏡及其焦平面探測器、X射線脈衝星近地軌道自主定軌探測器、亞毫米波探測器及其製冷系統、紅外探測器等有效載荷原理樣機的研製,突破嚴重製約中國未來空間天文學發展的先進的光學、紅外和紫外輻射探測器技術及相關的微電子技術、X射線和硬X射線聚焦技術,開展空間與月基甚低頻觀測、空間VLBI和新型空間高能粒子探測的科學與關鍵技術的前瞻性探索研究,保證空間天文的可持續性發展以及滿足未來全波段空間天文發展的需要。
空間物理與太陽系探測領域主要完成夸父計劃背景型號預研,在有效載荷關鍵技術方面重點突破從20 keV到300 MeV的空間粒子寬能譜和方向探測技術,實現中國L1點白光日冕儀零的突破、中性原子成像探測能量範圍不小於20 keV,首次研發地球空間等離子體層極紫外成像儀、實現小於0.01 nT的高精度空間磁場探測技術。提出一批空間物理探測的新原理、新方法和新計劃,同時也為地震電磁預報提供理論基礎和探測手段。
微重力科學與空間生命科學領域主要研究微重力流體物理的空間測試技術、空間材料生長和凝固技術、細胞/組織空間三維培養技術和空間生物反應器技術、空間輻射生物效應實驗關鍵技術等,促進微重力科學和空間生命科學實驗研究水平的顯著提升。

四、政策措施
――制定空間科學規劃,發布項目指南,統籌管理,整體協調空間科學發展。
――建立科學合理的項目遴選機制,公開、公平、公正、透明。
――根據規劃和指南,鼓勵多渠道、多部門籌資,共同支持、培育空間科學項目。


編寫組主要成員名單:
郝晉新、臧振群、燕  琳、張雙南、顏毅華、王  赤、肖  佐、胡文瑞、康  琦、羅  俊、段恩奎、孫野青、陳諾夫

審定專家委員會名單:
主任委員:
          孫家棟、方成
成    員:
          王希季、閔桂榮、姜景山、郭寶柱、張永維、葉叔華、
          艾國祥、李惕培、王  水、胡文瑞、吳  季、汪景琇、
          張雙南、崔向群、黃光力、胡景耀、劉振興、塗傳詒、
          魏奉思、許健民、肖  佐、劉瑞源、萬衛星、徐建中、
          王占國、聶玉昕、陶祖萊、羅  俊、孫野青

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