中國科學院文獻情報中心北京100190

國際空間科學發(fā)展態(tài)勢
研究與思考*

文/楊 帆 韓 淋 王海名 郭世杰 王海霞

中國科學院文獻情報中心北京100190

文章系統(tǒng)梳理和分析了新世紀以來世界主要國家空間科學發(fā)展戰(zhàn)略和行動計劃，客觀呈現(xiàn)世界空間科技能力布局現(xiàn)狀，并基于文獻計量學方法對空間科學任務(wù)產(chǎn)出進行了定量評估，全面描繪了國際空間科學領(lǐng)域聚焦重大基礎(chǔ)和前沿問題蓬勃發(fā)展的整體趨勢，并通過大量客觀數(shù)據(jù)揭示中國空間科學研究有基礎(chǔ)、有潛力、快速發(fā)展的整體態(tài)勢，同時指出中國空間科學任務(wù)嚴重缺失、尚需全面規(guī)劃大力發(fā)展的現(xiàn)狀，為我國空間科學發(fā)展戰(zhàn)略研究與規(guī)劃工作提供了豐富的視角和情報信息。

空間科學，學科發(fā)展態(tài)勢，情報研究，文獻計量學

1 主要國家空間科學發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃

進入新世紀，國際空間大國（地區(qū)）紛紛積極謀劃未來的發(fā)展之路，通過國家空間戰(zhàn)略強調(diào)發(fā)展空間科學的重要性，并在廣泛動員科技界深入研究的基礎(chǔ)上不斷制定和明確具體的空間科學規(guī)劃和計劃，如美國國家航空航天局（NΑSΑ）的一系列《戰(zhàn)略規(guī)劃》和《科學計劃》、歐洲的空間科學發(fā)展規(guī)劃《宇宙憧憬2015—2025》、俄羅斯的《2030年前及以遠俄聯(lián)邦航天活動領(lǐng)域國家政策原則的基本綱要》、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JΑX?。┑摹?025愿景》等。這些規(guī)劃和計劃聚焦太陽系和宇宙的起源演化、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、生命起源、人類生存環(huán)境等基本和重大基礎(chǔ)前沿科學問題，以及在空間特殊或極端條件下物質(zhì)的運動規(guī)律等基礎(chǔ)科學問題，突出對重大科學問題的探索和支撐，目標、方向和具體計劃與時俱進。

由于美國在空間科技領(lǐng)域具有驕人實力和重大國際影響，其空間戰(zhàn)略和發(fā)展動向無疑最值得關(guān)注。強調(diào)發(fā)展空間科學一直是美國航天政策的核心內(nèi)容。21世紀以來，作為美國民用航天計劃的主管機構(gòu)，NΑSΑ先后推出多項戰(zhàn)略規(guī)劃，聚焦空間探索和服務(wù)地球，并通過一系列任務(wù)規(guī)劃拓展空間探索的邊界，開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)，推動國際合作，鼓勵商業(yè)參與，明確技術(shù)牽引和技術(shù)推動投資戰(zhàn)略，強調(diào)項目管理和制度建設(shè)的重要性?！禢ΑSΑ戰(zhàn)略規(guī)劃2014》描述了NΑSΑ的愿景：為了造福人類，達到空天探索和科學研究的新高度，并揭示未知世界[1]。為此，NΑSΑ提出其戰(zhàn)略目標，為未來美國的空間科學發(fā)展提供了指導(dǎo)性原則：（1）拓展在空間中的知識、能力和機遇的邊界；（2）加強對地球系統(tǒng)的認知并進行技術(shù)開發(fā)，以提高人類在地球上的生活質(zhì)量；（3）通過高效地進行人員、技術(shù)能力和基礎(chǔ)設(shè)施管理，服務(wù)美國大眾，完成機構(gòu)使命。與戰(zhàn)略計劃相呼應(yīng)，NΑSΑ滾動推出科學規(guī)劃，重點是引領(lǐng)基礎(chǔ)研究，驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新?！禢ΑSΑ 2014科學規(guī)劃》[2]明確了NΑSΑ的科學目標，即：拓展在空間中的知識、能力和機遇的邊界，加強對地球的認知并改善人類的生活質(zhì)量，并計劃通過日球?qū)游锢韺W、地球科學、行星科學和天體物理學4個寬泛的戰(zhàn)略目標來實現(xiàn)其科學目標，包括：（1）了解太陽及其與地球和太陽系之間的相互作用，包括空間天氣；（2）加強對地球系統(tǒng)的了解，以應(yīng)對環(huán)境變化所帶來的挑戰(zhàn)，提高人類在地球上的生活質(zhì)量；（3）確定太陽系的組成、起源與演化，以及在太陽系某處存在生命的可能性；（4）揭示和探索宇宙的運行機制以及起源、演化機制，并在其他恒星周圍尋找地外生命。目前NΑSΑ已形成若干空間科學任務(wù)系列，其特點可以歸納為：目標明確，規(guī)模宏大，形成系列，影響深遠。

根據(jù)美國的立法規(guī)定，重要的科研決策必須提交美國科學院進行咨詢。因此，美國國家研究理事會（NRC）為美國的空間科學發(fā)展路線規(guī)劃獻計獻策，提供了大量的咨詢建議，功勛卓著。近年來NRC對美國空間探索整體發(fā)展最重要的建議，一是凝練空間探索愿景中的科學目標[3]，二是對火星探索、宇宙探測等戰(zhàn)略路線圖進行評估及提供整合原則建議[4]，另外最新的報告還重點探討了美國載人航天探索的背景緣由與實施方式[5]。

此外，美國最新還推出了14個領(lǐng)域空間技術(shù)路線圖[6]及投資規(guī)劃[7]，推動空間科學的發(fā)展也是其目的之一。

歐洲特別強調(diào)空間作為重要的產(chǎn)業(yè)部門、科學領(lǐng)域和人類活動所具備的戰(zhàn)略重要性。新世紀歐洲空間科學發(fā)展規(guī)劃《宇宙憧憬2015—2025》[8]提出空間科學領(lǐng)域亟待研究的4個主要問題：（1）行星形成和產(chǎn)生生命的條件；（2）太陽系的運行規(guī)律；（3）宇宙基本物理定律；（4）宇宙起源和組成。規(guī)劃中還提出百余項空間科學候選任務(wù)，目前已從候選方案中選出兩項大型任務(wù)、三項中型任務(wù)和一項小型任務(wù)。2011年歐洲空間局（ES?。┩瞥觥禘SΑ宇宙憧憬2015—2025技術(shù)發(fā)展計劃》[9]，對支持《宇宙憧憬2015—2025》實施的相關(guān)大型和中型任務(wù)有效載荷的基礎(chǔ)技術(shù)研究和科學核心技術(shù)戰(zhàn)略行動進行了規(guī)劃，2012年[10]、2014[11]年技術(shù)發(fā)展計劃相繼推出更新版本。

與美歐相比，俄羅斯和日本的空間科學規(guī)劃相對宏觀。俄羅斯的發(fā)展目標是重振輝煌，強調(diào)為發(fā)展基礎(chǔ)科學，獲取宇宙、地球和其他天體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在包括月球、火星、太陽系其他天體等最有意義的研究方向上達到和保持領(lǐng)先地位，尋找地外生命、利用地外資源、了解宇宙行成機制、關(guān)注地球和氣候演變，發(fā)現(xiàn)并揭示來自宇宙的對地球文明社會的危險與威脅，并制定應(yīng)對措施[12]。日本則力爭向著使日本的空間科學在世界占據(jù)領(lǐng)先地位的方向努力，為開展日本自己的載人航天活動和月球利用做準備[13]。

為了緊跟世界發(fā)展新趨勢，滿足國家發(fā)展重大戰(zhàn)略需求，2009年中國發(fā)布《中國至2050年空間科技發(fā)展路線圖》[14]，提出中國空間科技領(lǐng)域發(fā)展愿景和戰(zhàn)略目標及實現(xiàn)途徑和路線，明確空間科學發(fā)展戰(zhàn)略目標：開展針對重大科學問題的前沿探索與研究，在黑洞、暗物質(zhì)、暗能量和引力波的直接觀測、太陽系的起源和演化、太陽活動對地球環(huán)境的影響及其預(yù)報和地外生命探索等方面取得原創(chuàng)性的突破進展，全面提升我國空間科學的研究水平，用重大科學成果提升中華民族在人類文明發(fā)展和科學文化上的貢獻度。

表1—3（附后）簡略列出了美國、歐洲、俄羅斯、日本等國在空間天文、空間物理和太陽物理、月球和深空探測領(lǐng)域推出的一系列未來任務(wù)計劃，展現(xiàn)了各空間大國和國際科學界正在以巨大的雄心和努力推動空間科學的持續(xù)發(fā)展，有望加速宇宙起源、物質(zhì)本質(zhì)等基本科學問題的重大突破。

概言之，在戰(zhàn)略思想上高度重視空間科學，在行動計劃上積極推動空間科學活動的開展，已成為國際空間大國（地區(qū)）的普遍共識和舉措。當然，未來國際空間科學的發(fā)展依然面臨重重挑戰(zhàn)，包括任務(wù)成本、技術(shù)條件、國際合作、人才培養(yǎng)、長期規(guī)劃、預(yù)算調(diào)整等，仍是不容忽視的問題。

2 各國空間科技力量對比及中國空間科學發(fā)展態(tài)勢分析

2014年日本科學技術(shù)振興機構(gòu)（JST）發(fā)布報告，利用專家打分法，從空間運輸、空間利用、空間科學和載人空間活動4個方面對各國的空間科技能力進行了比較[15]。以滿分100分計，美國得分95分、排名第一，歐洲（70分）、俄羅斯（60分）、日本（53分）分列第二、三、四位，中國得分48分、排名第五；綜合月球和行星探測、天文觀測、近地空間環(huán)境觀測子領(lǐng)域的空間科學領(lǐng)域評價結(jié)果顯示，美國得到滿分20分中的19分，而中國僅得4分，與美、歐、俄、日之間的差距明顯拉大，此外中國在對地觀測以及航天醫(yī)學、空間生命科學、微重力科學實驗技術(shù)方面的表現(xiàn)也差強人意，見表4（附后）。對上述數(shù)據(jù)結(jié)果進行解讀可以得出這樣的結(jié)論，即：如果說空間運輸是中國空間科技的加分項，那么載人航天活動能力與中國的整體空間科技能力地位基本相稱，而空間科學和空間利用則無情地拖了中國整體空間科技力量的后腿！

中科院文獻情報中心在中科院空間科學戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持下，針對圍繞空間科學任務(wù)產(chǎn)出的高水平科研論文（SCI檢索）進行了計量學分析，結(jié)果顯示：2000—2011年，世界空間科學研究領(lǐng)域整體呈穩(wěn)定增長趨勢，年均增長率為4.8%；美、歐、日、俄等空間大國的空間科學研究成果最受關(guān)注，且在國家總體科研成果中占據(jù)相對重要的地位；從研究模式上看，國際合作逐漸成為各國空間科學領(lǐng)域科研活動的主流工作模式。中國論文數(shù)量排名世界第七，論文數(shù)占世界6.3%的份額，已經(jīng)實現(xiàn)了一定的研究規(guī)模，但中國的空間科學研究在我國總體科研成果中所占份額較低，引起國際同行高度關(guān)注的研究成果數(shù)量較少，（圖1、2），表5（附后）。

圖1 2000—2011年空間科學領(lǐng)域SCI論文年度分布

圖2 2000—2011年空間科學領(lǐng)域高被引論文排名TOP 10國家及中國的高被引論文數(shù)量占世界份額

但這并不是說我們沒有機會。根據(jù)文獻計量學分析結(jié)果，中國近年來空間科學發(fā)展勢頭較好，在論文方面的表現(xiàn)可以說極具潛力——中國發(fā)表的空間科學領(lǐng)域SCI論文數(shù)量從2000年排名世界第十二、占世界空間科學論文總數(shù)的2.0%迅速增長至2011年排名世界第六、占世界論文總數(shù)的10.8%，論文數(shù)量年均增長率高達22.4%，是世界平均水平的5倍；中國的被引頻次排名也不斷上升，篇均被引頻次為11.03次/篇；在機構(gòu)排名中，中科院超過ESΑ、JΑXΑ等蜚聲世界的知名空間研究機構(gòu)，列世界第七位，北京師范大學、南京大學、北京大學、中國氣象局等在一些子領(lǐng)域也有不俗表現(xiàn)。我國的空間科學研究者在自主空間項目極少的情況下依然獲得了不錯的成績，說明中國具備相關(guān)的研究實力和良好的發(fā)展前景。

但也正是受限于自主空間科學任務(wù)的匱乏，中國空間科學論文的整體水平與國際先進水平仍有很大差距，且各子領(lǐng)域發(fā)展不平衡的問題也比較突出。

國際知名學術(shù)出版機構(gòu)斯普林格2013年出版的一部專著[16]對中國航天發(fā)展的整體評價是：“大躍進！”作者一針見血地指出，空間科學一直都不是中國空間計劃關(guān)注的重點，盡管中國的空間科學研究在趙九章先生的領(lǐng)導(dǎo)下獲得了大力支持，但中國空間計劃長期以來對“應(yīng)用”研究的重視遠遠超過“科學”研究，且中國的空間科學研究嚴重依賴于對歐洲、日本、美國任務(wù)公開數(shù)據(jù)的二次分析。

該觀點與本研究從數(shù)據(jù)分析中看到的某些端倪不謀而合：中國的空間科學任務(wù)屈指可數(shù)（有的子領(lǐng)域甚至完全空白），圍繞中國任務(wù)產(chǎn)出的論文數(shù)量僅占中國論文總量的5.2%。顯而易見，如果這種根深蒂固的“重應(yīng)用、輕科學”的觀念和發(fā)展態(tài)勢不改變，中國空間科學的發(fā)展無疑將受到嚴重制約，原始創(chuàng)新更是難以企及。

3 啟示與思考

國外空間科學發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃表現(xiàn)出幾個共性特征，值得我們學習參考：

（1）服務(wù)國家戰(zhàn)略，重視咨詢評議，彰顯科學價值——各國（地區(qū)）的空間科學發(fā)展戰(zhàn)略和學科規(guī)劃都以服務(wù)國家戰(zhàn)略目標為首要目的，同時民用航天主管機構(gòu)——例如NΑSΑ、ESΑ長期堅持在空間科學規(guī)劃的決策和咨詢過程中實行廣泛的同行評議，美國國家研究理事會（NRC）、歐洲科學基金會（ESF）的決策咨詢建議對美國和歐洲的科研計劃決策影響深遠、意義重大；

（2）強調(diào)均衡組合，兼顧科學應(yīng)用，系統(tǒng)支持發(fā)展——對空間科學任務(wù)及相關(guān)促進計劃進行均衡的組合將有效支持科學目標的達成，這種組合包括長期戰(zhàn)略性規(guī)劃與中短期任務(wù)規(guī)劃組合，全面布局與優(yōu)先領(lǐng)域布局組合，兼顧“支撐空間活動”和“空間活動支持”的研究，在科學計劃中積極投資由科學驅(qū)動的技術(shù)開發(fā)等；

（3）開展多維合作，全面整合資源，積極擴大影響——建立和加強國際、國內(nèi)機構(gòu)間及機構(gòu)內(nèi)的合作伙伴關(guān)系，通過多層面的合作擴大科學成果的影響，重視科學傳播。

同時，透過世界空間科技力量對比、國際空間科學發(fā)展態(tài)勢及中國在其中的表現(xiàn)可以判斷，中國空間科學的發(fā)展有基礎(chǔ)、有潛力，但對于空間科學這種嚴重依賴空間平臺和探測手段的學科而言，空間科學任務(wù)和實驗機會的多少、探測能力的高低直接影響研究工作及其產(chǎn)出的數(shù)量和質(zhì)量。國內(nèi)外的評估工作都暗示，空間科學任務(wù)（平臺）的明顯缺失已經(jīng)成為嚴重制約中國空間科學發(fā)展的主因。因此，國家相關(guān)部門亟需高度重視空間科學在國家發(fā)展中的重要戰(zhàn)略地位，進一步加強空間科學中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，科學論證和積極實施系列戰(zhàn)略意義重大、科學目標明確、成果價值突出的空間科學任務(wù)，同時建立和健全對空間科學任務(wù)的全生命周期支持，包括項目預(yù)研、運行以及運行后的數(shù)據(jù)處理，保證空間科學研究沿著科學、順暢的軌道快速發(fā)展。

總而言之，在國際空間大國（地區(qū)）的戰(zhàn)略規(guī)劃和積極推動下，未來世界范圍內(nèi)空間科學將繼續(xù)加速蓬勃發(fā)展，唯已成為世界第二大經(jīng)濟體的中國在重大貢獻和突破性成就方面還乏善可陳，奮起直追已刻不容緩。戰(zhàn)略重視，戰(zhàn)術(shù)保障，是我們的必然選擇。

1 NationalΑeronautics and SpaceΑdministration.NΑSΑ Strategic Plan 2014.Washington:NΑSΑ,2014.

2 NationalΑeronautics and SpaceΑdministration.Science Plan 2014.Washington:NΑSΑ,2014.

3 National Research Council.Science in NΑSΑ’s Vision for Space Exploration.Washington:NRC,2005.

4 National Research Council.Review of Goals and Plans for NΑSΑ′s Space and Earth Sciences.Washington:NRC, 2006.

5 National Research Council.Pathways to Exploration: Rationales andΑpproaches for a U.S.Program of Human Space Exploration.Washington:NRC,2014.

6 NationalΑeronautics and SpaceΑdministration.Space Technology Roadmaps:The Future Brought To You By NΑSΑ.[2014-8-20].http://www.nasa.gov/offices/oct/ home/roadmaps/index.html.

7 NationalΑeronautics and SpaceΑdministration.NΑSΑ Strategic Space Technology Investment Plan.Washington: NΑSΑ,2013.

8 European SpaceΑgency.Cosmic Vision:space science for Europe 2015—2025.Netherland:ESΑ,2005.

9 European SpaceΑgency.Cosmic Vision 2015—2025 Technology Development Plan.Netherland:ESΑ,2011.

10 European SpaceΑgency.Cosmic Vision 2015—2025 Technology Development Plan.Netherland:ESΑ,2012.

11 European SpaceΑgency.Cosmic Vision 2015—2025 Technology Development Plan.Netherland:ESΑ,2014.

12國家航天局.俄2030年前及未來俄聯(lián)邦航天活動領(lǐng)域的國家政策.[2014-8-20].http://www.cnsa.gov.cn/ n1081/n392929/n396367/548798.html.

13 JapanΑerospace ExplorationΑgency.JΑXΑVision（JΑXΑ2025）.JΑXΑ,2005.

14中國科學院空間領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組.中國至2050年空間科技發(fā)展路線圖.北京:科學出版社,2009.

15科學技術(shù)振興機構(gòu).世界の宇宙技術(shù)力比較調(diào)査（2013）.東京:JST,2014.

16 Brian Harvey.China in space:The Great Leap Forward. New York:Springer,2013.

Development Trends and Features of Worldwide Space Science Research

Yang Fan Han Lin Wang Haiming Guo Shijie Wang Haixia
（National Science Library,ChineseΑcademy of Sciences,Beijing 100190,China）

This paper systematically reviews and analyzes national space science strategies and plans,as well as the performance layouts of space sciences and technologies of the major countries worldwide since new millennium.The work quantitatively evaluates the scientific outcomes（SCI research papers and proceeding papers）of space science missions based on bibliometrics method,therefore comprehensively depicts the flourishingly developed international space science researches which focused on the fundamental and cutting-edge scientific questions.Despite lack of adequate space science missions or opportunities to acquire more scientific data,China has already built a certain basis for space science research and hence possesses the abilities and potentials to achieve significant breakthrough in this field in the near future.The present work is expected to support the further researches and help formulate programs for the development of space science of China.

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表1 國外計劃的主要空間天文項目

表2 國外計劃的空間物理和太陽物理探測任務(wù)

表3 國外計劃的月球和深空探測任務(wù)

表4 日本科學技術(shù)振興機構(gòu)對世界空間科技力量對比調(diào)查評估的結(jié)果

表5 2000—2011年空間科學領(lǐng)域論文排名TOP 10國家相關(guān)數(shù)據(jù)（單位：論文數(shù)量篇，被引頻次次，篇均被引頻次（次篇））

10.3969/j.issn.1000-3045.2014.05.011

中科院“我國空間科學發(fā)展戰(zhàn)略研究”（Y2020111ΑY），中科院空間科學戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDΑ04070200），中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目（KGCX2-EW-701）

2014年9月5日

楊帆中科院文獻情報中心情報研究部副主任，理學博士，副研究員。主要研究領(lǐng)域為科技情報信息學，主持中科院知識創(chuàng)新工程、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項空間科學預(yù)先研究項目等10余項情報課題，參研并出版《世界載人航天發(fā)展報告》、《國際科學技術(shù)前沿報告》等多項報告，在空間科技領(lǐng)域長期開展戰(zhàn)略情報研究工作。E-mail：yangf@mail.las.ac.cn