访顾逸东院士：从“神七”谈中科院和中国航天

　　■近年来，中科院已开展和提出了一批重大和具有显著创新性的空间科学项目，形势很好，机遇难得，应当抓紧实施。我国应当在空间科学领域有所作为，获得具有重大科学意义的突破，进入世界先进行列，并将其作为建设创新型国家的重要内容；中科院应当成为我国发展空间科学凯时官网登录、实现重大突破的核心力量，将其作为知识创新工程的重点领域。当然，这并不排除发挥高等院校和其他方面的科技力量，发挥全国科技界的力量。

　　■“神七”任务中，中科院除承担伴飞卫星和固体润滑材料试验等应用试验任务外，还通过协作配套，承担了为飞船、火箭、发射场、环控和生命保障系统配套的重要部件和特种技术设备的研制工作。其中包括：长征二F火箭的遥测系统摄像装置、神舟七号飞船用于监测航天员出舱活动场景的舱外摄像机、出舱活动照明灯、飞船返回舱的耐高温舷窗玻璃和防烧蚀产物涂层、供航天员生命保障使用的高压气瓶、冷凝干燥组件、舱外服毛坯、透气不透水材料等，及特种有机材料，光学瞄准镜防护窗、轨道舱舷窗材料、无机热控涂层和姿控发动机外防热组件、特种防热屏组件、防热透波天线窗和碳/石英窗口基座等特种部件的研制工作；还为发射场研制了推进剂加注残留物催化反应消毒系统。此外，载人航天发射场、着陆场和远洋测量船可见/红外跟踪测量设备等也是中科院研制的。

　　■载人航天工程第二步的第一个阶段，主要是解决航天员出舱和交会对接的关键技术，之后将发射几艘小型的空间实验室。这一阶段将开展一定规模的短期有人照料的空间科学和应用方面的工作。在空间站阶段，通过长期有人支持和空间站大系统，包括载人飞船和货运飞船、测控通讯等的支持，将开展较大规模的空间应用，新的规划和实施方案正在深入论证评估中。

　　“神七任务的成功，无疑是推动空间科学研究、开展创新性应用技术研究的又一次重要机遇。”

　　神舟七号载人飞船发射前，《科学时报》记者在酒泉卫星发射中心采访了中国科学院院士、载人航天工程空间应用系统总设计师顾逸东。

　　问及对此次“神七”任务中伴飞小卫星释放和固体润滑材料空间暴露试验的成功把握，顾逸东只是微笑着点了点头，仿佛一切尽在不言中。

　　“载人航天应用系统由中国科学院牵头负责凯时官网登录。我很感激中国载人航天工程对中科院的信任，给了中科院这样一个机遇和责任；事实上，中科院也一直在尽自己最大的努力，为中国航天事业的发展尽自己的一份力量。”顾逸东说凯时官网登录。

　　顾逸东告诉《科学时报》记者，中科院与我国航天科技事业的关系源远流长凯时官网登录，历史可以回溯到20世纪50年代。

　　1956年2月，时任中科院力学研究所所长的钱学森向中央提出《建立我国国防航空工业的意见》。1956年3月14日，会议决定按照钱学森的建议，由他组建我国第一个火箭、导弹研究机构。1956年10月8日，国防部五院宣告成立，新中国导弹、航天事业也由此掀开了崭新的一页凯时官网登录。1958年，时任中科院地球物理研究所所长的赵九章向中央提交了一份报告，正式建议开展我国卫星工程的研究工作。经批准凯时官网登录，中国科学院由钱学森、赵九章等负责拟订发展人造卫星的规划草案，代号为“581”任务凯时官网登录，在中科院成立了“581”组，这是我国第一个卫星总体规划设计机构。1958年4月，在距北京几千里之外的西北大漠开始兴建我国第一个运载火箭发射场酒泉卫星发射中心。

　　1961年6月3日，中国科学院召开“星际航行座谈会”。1963年，中国科学院成立星际航行委员会，研究制订星际航行长远规划。1965年，中国科学院成立“651”设计部，恢复我国第一颗人造卫星的设计研制工作凯时官网登录，我国第一颗人造地球卫星的前期设计工作就是由中国科学院负责的。

　　1965年，中国发射的几次生物探空火箭成为我国载人航天的前奏。1966年，中国科学院在北京京西宾馆召开卫星系列论证规划会议凯时官网登录，由“651”设计院主持，这是中国组织召开的规模最大的一次关于卫星的会议，并且提到载人航天问题。同年3月底至4月初，在国防科委主持下，在京西宾馆又召开了一次秘密会议，制定“曙光”号载人飞船规划。但是，由于“文革”的到来，国家政治形势发生变化，中国载人航天事业也暂时告一段落。

　　“从历史来看，中科院一直在为中国航天事业的发展而努力。应该说，中科院对中国卫星的倡议、发动和先期工作作出了重大贡献。”顾逸东说。

　　据顾逸东介绍，早在20世纪50年代，中科院就专门成立了新技术局，布局了力学、自动化、电子学、计算机等学科，并建立了一批新研究所，包括当时的应用地球物理研究所（现为中科院空间应用中心），开展空间物理和空间环境的探测研究；此外，中科院光机、材料、化学、天文等方面的研究所也开展了大量工作，参与并满足了国家发展“两弹一星”的需要，特别是为满足卫星研究需要而开展的基础研究、高技术发展研究和总体设计工作。而且，“文革”时期，中科院还向有关工业部门成建制地输送了大量的科技力量、设施设备和优秀人才。

　　20世纪80年代中期凯时官网登录，王大珩等四位科学家向中央写信建议制订高技术发展计划，经批准成为著名的“863”计划，航天科技被列为计划中的高技术领域之一，称为“863-2”。参与论证的专家经过大量深入的研究，建议把发展载人航天作为国家目标。

　　1992年9月21日，中央政治局正式批准载人航天工程立项，并规划了“三步走”的发展战略，代号“921”。

　　“开展空间科学和应用的工作是921工程的一个重要方面，也反映了我国发展载人航天事业的重要目标。中科院作为我国在自然科学和高技术方面的国立科研机构，在空间科学和空间应用方面学科布局较全，有较好的基础，是国内最集中的科技力量。在这种情况下，国家作了统一部署，决定由中科院牵头负责921工程应用系统的工作。”顾逸东介绍。

　　1992年载人航天工程立项后，为担负起载人航天工程应用系统的重大使命，中国科学院作了重要的安排和部署，一方面成立了中科院空间科学应用总体部，一方面根据航天工程的要求，结合中科院的实际情况，建立了以工程任务为主线的垂直领导体系。

　　“这是以中科院作为总体单位、发挥中科院有关各所和其他部门的科技力量，以期很好地完成这样重要的专项工程任务而在体制方面进行的探索。”顾逸东说。

　　在载人航天工程的第一阶段，应用系统的主要任务是开展空间对地观测及应用、空间科学研究及技术实验，院内外40多个研究单位、1000多名科技和管理人员参与。

　　“工程开展十多年来，中国科学院在载人航天工程应用系统中作出了应有的贡献，对发展我国空间科学和应用技术是一个有力的推动。”同时，顾逸东表示，以神舟七号飞船任务为起点，我国载人航天事业进入了一个新的阶段。

　　顾逸东认为，在新的历史阶段凯时官网登录，中科院在我国航天科技领域所能发挥的作用主要体现在四个方面凯时官网登录。

　　首先，中科院应大力推动空间科学研究。空间科学涉及的领域非常宽，包括空间生命科学、微重力科学、空间天文、空间物理、空间地球科学凯时官网登录、月球和行星科学等。

　　“每个领域都有非常丰富的内涵。”顾逸东说。比如，空间天文主要是在高空和大气外对天体进行观测，研究宇宙和天体的物理规律；空间物理主要是研究太空中的物理现象，其中比较主要的是太阳和日地空间物理的规律和现象；空间微重力科学主要是应用空间飞行器产生的微重力环境，研究在微重力情况下的物理规律、化学规律和流体物理的规律，其中包括流体科学，也包括材料科学、空间基础物理；生命科学一方面研究空间条件下（如微重力环境、空间辐射环境）的生命现象，一方面研究地外生命，揭示生命起源、发展和生命现象的本质；而空间地球科学，研究地球作为太阳的一颗行星、作为人类的摇篮的发展变化，对于人类社会可持续发展的科学意义和实际意义是巨大的。

　　据顾逸东介绍，空间科学利用空间飞行器来开展科学研究和探索，是人类进入空间时代才真正产生的一个很大的综合科学领域，各航天大国在空间科学领域投入了大量资金，是世界上空间探索最活跃的领域之一。从诞生以来，空间科学的发展虽然只经历了50年左右的时间，却取得了极其丰富的成果。比如，天文观测过去主要是在地面进行，但由于地球大气把大部分宇宙天体信息遮挡住了，人类只能看到空间的可见光和射电辐射，而大部分红外、紫外、X射线和射线都看不到，宇宙中的很多带电粒子也无法观测到。进入空间时代以后，大气的帷幕完全被揭开，人类可以进入太空观测宇宙，人类真正进入全波段天文学的新时代；天体和宇宙的神秘面纱也逐渐被掀开。

　　顾逸东说，人类进入空间、研究空间科学的这几十年，所得到的成果远远超过以往几千年的成果。人类对宇宙的起源和演化、天体演化和天体上的极端物理现象，对地球整体行为和变化、对我们所处的太阳系空间的物理图像等等都有了革命性的新认识，包括不少获得诺贝尔奖的成果也是从研究空间科学中得到的。空间科学已成为现代科学研究中获得新知识、得到新发现、研究新规律的无穷无尽的源泉。

　　“我国在空间科学领域与国际水平和发展态势有明显差距。”顾逸东认为，载人航天工程第一阶段开展的空间科学研究，是国内第一个比较系统的、学科领域较宽的空间科学计划，取得了显著成绩；但与国外比，规模和投入差距仍很大。

　　据顾逸东介绍，中国科学院在与空间科学各主要领域对应的基础科学方面有坚实的基础和很强的科技力量凯时官网登录，如天文学（射电、红外、可见光、紫外、X射线和射线等各领域）、高能天体物理学、宇宙射线研究、月球和行星科学、空间物理和空间天气研究、微重力流体物理（包括燃烧科学）、基础物理（包括冷原子物理、低温凝聚态物理、量子技术等）、大气物理、地球物理和环境科学、各类材料科学领域、生命科学和生物技术各领域等，经过多年努力，在载人航天工程中已实施多项具有重要科学意义的空间科学实验和探测凯时官网登录。

　　顾逸东认为，近年来，中科院已开展和提出了一批重大和具有显著创新性的空间科学项目，形势很好，机遇难得，应当抓紧实施。我国应当在空间科学领域有所作为，获得具有重大科学意义的突破，进入世界先进行列，并将其作为建设创新型国家的重要内容；中科院应当成为我国发展空间科学凯时官网登录、实现重大突破的核心力量，将其作为知识创新工程的重点领域。当然，这完全不排除发挥高等院校和其他方面的科技力量，发挥全国科技界的力量。

　　第二，中科院应继续推动空间应用高技术的发展。“中科院已经成为我国空间应用领域的重要生力军凯时官网登录，今后应当也能够发挥更大的作用。”顾逸东说。

　　空间应用包括通讯、导航、对地观测等众多领域，其中，对地观测和遥感应用涉及陆地、海洋、大气、农业、林业、地质、矿产，污染和排放监测、土地利用、城市规划以及减灾防灾等，与我国在快速发展中遇到的资源环境等迫切需要解决的重大问题密切相关。在空间应用中，信息获取、信息处理、信息应用以及相关的高技术领域，如光学和精密机械、半导体、电子学、自动控制、软件等广义的信息科学技术，以及大气科学、地质地理、遥感应用领域，中科院有很强的实力，大有可为。

　　目前，中科院在我国空间应用领域发挥了重要作用，承担了我国气象卫星、海洋卫星、环境和减灾卫星等多种应用卫星的主要或部分有效载荷的研制，不断推动新的空间应用技术的发展。中科院在可见光、红外、微波、紫外、亚毫米波和太赫兹、合成孔径雷达、光谱仪等各种对地观测有效载荷，高精度原子频标，导航系统技术等许多高科技方面都有很强的实力。顾逸东认为，中科院在这方面的优势是基础性研究和高技术发展的结合凯时官网登录，需要特别注重保持和发展自己的特长，同时提高工程化和专业化水平。此外，还需要大力发展新一代空间应用技术，如量子码分配（QCD）和量子调控技术、激光通讯和太赫兹通讯技术、新概念的空间信息获取技术等。

　　第三，中科院需要继续重视航天领域关键核心技术的开发，为航天工程进行重要部件、原器件配套和高新技术的研发。对此，顾逸东如数家珍，还向记者出示了手头的一份详细“清单”。

　　“神七任务中，中科院除承担伴飞卫星和固体润滑材料试验等应用试验任务外，还通过协作配套，承担了为飞船、火箭、发射场、环控和生命保障系统配套的重要部件和特种技术设备的研制工作。”顾逸东介绍。

　　这些重要部件和特种技术设备包括：长征二F火箭的遥测系统摄像装置、神舟七号飞船用于监测航天员出舱活动场景的舱外摄像机、出舱活动照明灯、飞船返回舱的耐高温舷窗玻璃和防烧蚀产物涂层、供航天员生命保障使用的高压气瓶、冷凝干燥组件、舱外服毛坯、透气不透水材料等，及特种有机材料，光学瞄准镜防护窗、轨道舱舷窗材料、无机热控涂层和姿控发动机外防热组件、特种防热屏组件、防热透波天线窗和碳/石英窗口基座等特种部件的研制工作；还为发射场研制了推进剂加注残留物催化反应消毒系统凯时官网登录。此外，载人航天发射场、着陆场和远洋测量船可见/红外跟踪测量设备等也是中科院研制的。 “实际上，中科院一直是航天领域重要的特种材料、部件和元器件、重要测量设备的配套供应单位。”顾逸东说。

　　中国航天科技集团“神七”任务新闻发言人贾可曾在回答《科学时报》记者提问时表示凯时官网登录，“能够进入航天领域作为配套服务商的肯定是优秀的配套商，因为我们是用航天标准来要求他们的，他们也能交付高质量的产品。”

　　顾逸东表示，中科院在特种陶瓷材料、金属合金，光学晶体、光学材料和光学元件、光电子材料、新型光伏材料，特种有机和无机材料、热控材料、高效推进技术和催化剂、固体和各类激光器件及系统技术、高性能微处理器和元器件、焦平面器件、数据压缩技术、高性能数据总线技术、高速空气动力学和新型发动机、各种飞行器姿态敏感器、机器人技术、动力学和控制技术、软件技术等领域都有很好的基础和很强的力量，在微小卫星方面也开展了创新发展的持续努力，今后，一定可以为提高我国载人航天和整个航天科技的发展水平作出重要贡献。

　　“关键是进一步了解需求，作好规划布局，保持和发展特色。”顾逸东强调，实际上，配套工作是十分重要的，是硬骨头，不少是关键核心技术。我国航天事业要达到更高水平，提高基础技术能力和水平是关键之一，中科院作为国立研究机构应当承担起这份责任。但目前在这方面投入不足，政策支持不够，需要加强。

　　第四，要进一步加强中科院高空科学气球系统，大力开展多学科领域的空间科学探测和技术试验凯时官网登录。

　　问及高空气球与空间科学与应用的关系，顾逸东回忆了他和同事们从上世纪70年代末起创建、发展中科院高空气球系统的情况。

　　据顾逸东介绍，高空气球飞行高度能达到30～45千米，基本突破了地球大气的屏障，载重数百公斤到几吨，科学用途十分广泛，既能进行大气物理、地球环境、空间物理方面的科学探测，又可广泛用于空间天文、宇宙射线研究、遥感试验、空间有效载荷试验、微重力科学实验、生命科学与遗传学实验等。各大国的空间机构都拥有高空气球系统，与其空间研究计划有机配合，每年进行多次气球科学探测活动，获得了大量有价值的科学成果。现在凯时官网登录，美国、日本等在南极开辟了气球长时间飞行，效益和成果更加突出了。

　　“高空气球实验还直接为空间科学活动提供科学思想、仪器原理、技术方法等准备，高空气球探测的活跃程度与其空间科学水平有密切关联。”顾逸东分析说，高空气球成本较低，准备周期短，实施灵活，能够较快实现创新的科学思想，验证科学探测的原理和方法，得到有重要科学价值的发现和成果，为实施大型空间计划进行前期试验，也能够与卫星、载人航天器和其他平台很好地相互配合补充完成目标。此外，它还有一个重要的作用，那就是锻炼空间科技队伍，并成为培养明天的科学家和工程师的重要训练基地。

　　顾逸东特别强调，空间科学是“实验科学”或“观测科学”，为实现科学发现的目标，要酝酿科学思想，设计实验和探测方法，研制针对科学目标的科学设备，分析实验和探测数据，发现规律性的结果，再上升到科学结论凯时官网登录。这个过程或许要在实践中不断修改完善，不断深化，因此，实践的机会十分关键，而高空气球正好成为一座桥梁。

　　顾逸东认为，现在有不少年轻人只重视理论和仿真，不重视动手和实验，这种倾向应当纠正，发展高空气球一定能够为活跃、发展我国空间科学，并提高我国空间科学和应用的水平作出实际贡献。他希望这类基础性的设施和能力能够得到进一步的重视和支持。

　　走过16个年头之后，中国载人航天二期工程也随着“神七”的发射正式开始了，人们普遍关心，今后，载人航天和载人航天应用方面的发展前景如何，能够开展哪些工作。

　　“我们也在深入思考和论证这些问题。经过两年多的工作，载人航天后续实施方案论证组已经制定了一个完整的初步方案和部署。”顾逸东透露说，载人航天工程第二步的第一个阶段，主要是解决航天员出舱和交会对接的关键技术，之后将发射几艘小型的空间实验室。这一阶段将开展一定规模的短期有人照料的空间科学和应用方面的工作。在空间站阶段，通过长期有人支持和空间站大系统，包括载人飞船和货运飞船、测控通讯等的支持，将开展较大规模的空间应用，新的规划和实施方案正在深入论证评估中。

　　或许相比其他系统，应用系统的论证工作难度更大。“其实我的压力很大。”顾逸东坦言，“航天界对应用系统应该开展哪些方面的重大应用项目众说纷纭。”

　　作为中国空间科学学会理事长、中国空间科学学会空间探测专业委员会主任，顾逸东于1992年开始参与载人航天应用工作。“20世纪80年代以来，863-2专家委员会开展了深入的工作，已经基本明确了921工程一期工程的任务和目标，我们主要是进行工程实施。但进入921工程二期以后，我们就面临着方向和任务的选择问题，那就是从第二步一直到载人空间站建成期间我们该做什么。”作为载人航天后续应用论证组的组长，顾逸东的压力可想而知。

　　“各方面提出的尖锐问题很多。”顾逸东说。一方面是要有科学预见性，要把握空间科学和应用技术发展的趋势，同时也要适合载人航天工程的特点，体现人的作用和工程大系统功能。有的项目开始时不需要人，到以后发展了慢慢会需要人，有的项目需要人进行很复杂的操作管理，而人在太空的能力还需要逐步锻炼培养，这些逻辑上的矛盾如何解决。从另一个角度讲，发展载人航天工程不完全是具体应用目标的牵引，载人航天工程的发展是国家在政治、经济、科技和航天领域发展战略的综合考虑。

　　根据目前的论证方案，在后续15年左右，空间应用系统会在原有工作基础上，在新的领域开拓新的方向。在空间科学领域凯时官网登录，将开展空间生命科学与生物技术、微重力科学（包括流体科学、燃烧科学凯时官网登录、基础物理方面的冷原子物理、引力与相对论研究、微重力低温与凝聚态物理研究等），空间天文、空间地球科学、空间物理等研究，选择空间科学前沿和重大问题，争取取得重大科学成果，使我国在空间科学一些重要领域进入世界先进行列。

　　顾逸东还向《科学时报》记者介绍了几个典型的重要空间科学项目，如空间天文方面的宇宙暗物质探测、射线暴的偏振探测，基础物理方面的空间冷原子钟的研究、非牛顿引力的空间检验、等效性原理的检验等。

　　宇宙暗物质是当前国际科技界关注的热点问题之一。依据万有引力定律和广义相对论研究星系运动规律，发现宇宙中有大量物质缺损，还有用力学方法测出的星系质量往往比用光度方法测出的质量大得多，以及旋涡星系旋转曲线测量结果异常等，预示着存在不发光、但有引力作用的暗物质。

　　根据微波各向异性探测斯隆数字巡天的结果，科学家估计宇宙的组成中，暗能量占73%，暗物质占23%，星际气体占3.6%，看得见的物质只占0.4%。科学界普遍接受暗物质存在的看法。但暗物质究竟是什么，直到目前还没有直接探测到，暗物质之谜是对人类智慧的巨大挑战。目前已经有各类物理理论和模型，如超对称理论、额外维理论等预言存在的新粒子可能满足暗物质存在的条件，如果上述理论成立，可能能够通过探测宇宙正电子、反质子、湮灭线或连续谱的截断等方法探测暗物质。

　　中国科学家也在制订方案，采用塑料闪烁体探测器、穿越辐射探测器、中子探测器、簇射带电粒子径迹探测器、三维读出电磁量能器等探测器组合，在我国空间站上进行探测。顾逸东认为，在空间站上开展这样的重大前沿探索凯时官网登录，有可能根据探测的初步结果和理论模型的不断深入，通过发挥空间站大系统的货运能力和航天员操作，不断调整探测系统配置，保持探索的针对性和前瞻性，有利于科学技术上的突破。

　　所谓冷原子钟，就是利用激光和原子气体的相互作用，把原子气体束缚在很小的空间，同时使它的温度降到最低，十分接近零度绝对温度，而空间微重力条件可以显著降低原子温度。在这样的情况下，原子和微波的相互作用可以产生稳定度极高的频率，得到的时钟就非常准。而时间是一个非常重要的物理参量，它不仅可以获得比目前地面和空间准确度更高的时钟，有广泛的应用；而且在今后，将用于研究和验证一系列跟时间相关的物理现象和物理规律，在物理科学研究和应用方面意义重大。

　　在地球观测领域，将发展一批新型高性能的设备，着眼各类遥感信息的综合，开展高水平的陆地、海洋、大气综合观测和应用，同时为地球科学研究提供丰富和精密的观测数据，这方面的系统建造、配置调整和升级改造也将发挥航天员和空间站大系统的作用凯时官网登录，力争在该领域体现对未来应用技术的引领作用，并获得对我国经济和社会可持续发展至关重要的应用成果。

　　顾逸东还简单介绍了今后在载人航天工程中，在空间应用新技术试验方面的一些设想，包括进行量子密钥空地分配试验（QCD）、X射线脉冲导航技术试验、THz通讯试验等凯时官网登录。

　　“我们将在今后的载人航天中安排这样的科技前沿的探索和新技术试验工作，特别是要明确科学问题，制订指南，发动更多的科学家提出项目建议。”顾逸东说。

　　“作为科学家，希望能在载人航天工程大系统的支持下，开展一些更重大的科技前沿的项目，再过15年或者更长时间，在某些空间科学领域我们应当走到世界前列，对人类的重大发现和科学文化进步有重要贡献，这是中国科学家梦寐以求的愿望。”顾逸东说，“如空间科学，我个人预感，经过21世纪一段时间的努力，可能产生对宇宙科学、物质科学和地球科学有重大突破性进展的成果。在这种情况下，中国科学家需要奋起直追。”

　　另一方面，中国在经济持续增长、气候变化的情况下要走向全面小康，在资源和环境方面将面临重大挑战，而载人航天能否同时为国家缓解和解决这些问题起到实质性的作用；通过对地球的观测、研究和再认识，能否进一步得到科学的结论和应用的效果，也是科学家们关注的问题凯时官网登录。

　　“我们希望有重大科学产出，真正地获取新的知识，真正地发展新的应用技术，在科学发现和高水平应用中作出实质性贡献。”顾逸东说。

　　《科学时报》 (2008-10-6 要闻，原题《从“神七”谈起：中科院和中国航天访中科院院士、载人航天工程空间应用系统总设计师顾逸东》)