中国战略新兴产业融媒体记者 艾丽格玛
我国首个国家空间科学规划——《国家空间科学中长期发展规划（2024-2050年）》近日正式发布，提出了我国有望在空间科学领域取得突破的五大科学主题和17个优先发展方向，并提出到2050年我国空间科学发展路线图分为“三步走”。
不过，星辰大海或许太过遥远，这个横跨26年时间的空间科学规划，到底和我们普通人有什么切身的关系呢？
仔细翻看规划全文，可以看到，规划的发布，其实预示着未来空间科学将在多个领域带来深远的影响，尤其是在上下游细分领域的产业发展方面，将使千千万万从业者和消费者受益。
在人工关节等人体植入物中，超常调制的特种金属材料有很大的应用潜力，但目前在骨科临床上还缺乏很多新材料的应用和尝试。
中国空间站天和核心舱中的“无容器材料实验柜”运行3年来，已经获得了大量微重力环境下无容器材料实验的关键科学数据，形成了一个具有独特优势的绝无仅有的材料学“实验室”。我国首个空间材料科学实验室的创建者、中国科学院院士魏炳波介绍：“我们已经用中国自己的空间站做了400多个不同材料实验样品的实验，使金属材料在转型升级上迈出更大一步。”
利用微重力环境开展材料科学研究，可以进一步探索材料的物理化学性质、相变过程规律，为地面材料的制备和生产工艺提供科学基础。类似这样的新材料和先进制造技术突破，还有很多可能性。
例如，空间科学任务需要在微重力环境下进行实验和制造，这要求开发特殊的制造技术，如微重力铸造、微重力焊接等。这些技术在空间站等航天器上的应用，为地面制造技术的发展提供了新的思路和方法。
从空间科学任务本身来说，执行相关项目就需要使用高性能的新材料来满足航天器的特殊要求，如耐高温、抗辐射、轻质高强度等特性。空间科学任务对制造技术的精度、可靠性和自动化水平提出了更高要求。这包括精密加工技术、自动化装配线、3D打印技术等。这些技术的发展不仅能够提高航天器的制造质量，还能降低成本和缩短生产周期。这些需求推动了新材料技术的发展，如新型合金、复合材料、智能材料等。
新材料可以直接应用于航空器、卫星和航天器的制造，提高性能和可靠性；轻质高强度材料和先进的制造技术可以用于汽车、高铁等交通工具的制造，减轻重量、提高燃油效率和安全性；生物兼容性材料和精密制造技术可以用于制造医疗设备和植入物，提高医疗设备的功能性和安全性，等等。
中国移动研究院院长黄宇红将“手机直连卫星”列入2024通信产业十大技术趋势之一。
目前市面上已经有不少手机厂商将“卫星电话”当作重要的卖点来宣传，实际上，随着技术、产业发展，已经可以实现大众手机直连高轨卫星，提供短消息与语音通话服务，但仍存在容量小（几十万户）、速率低（2Kbps）、时延长（500ms）等缺点，无法支持更高速率、更低时延业务类型，限制了手机直连卫星的广泛应用。手机直连卫星在业务速率、时延等性能指标与轨道高度密切相关，低轨卫星在容量、速率、时延等方面优势明显，可提供Mbps级别连接速度，时延低至十几毫秒，是未来手机直连卫星的重要发展方向。黄宇红认为，随着低轨技术发展与3GPP NR NTN产业成熟，基于3GPP NTN技术的手机直连低轨卫星将逐渐走进大众视野，成为卫星互联网新的技术热点。
实际上，空间科学的发展对通信技术的促进作用是显著的，特别是在卫星通信和深空通信领域，以及未来通信网络发展趋势乃至新兴的商业机会。
空间科学任务对高带宽和高数据传输速率的需求，促使卫星通信系统向更高效率和更大容量的方向发展。空间科学任务的成功实施往往依赖于可靠的卫星通信链路，这进一步推动了卫星通信技术的创新和升级。深空通信技术是实现远距离空间探索的关键。随着空间科学任务向更远的宇宙深处拓展，如火星探测、小行星采样返回等，深空通信技术必须不断进步以保持与这些遥远航天器的联系。深空通信技术的发展，如激光通信，能够提供更高的数据传输速率和更远的通信距离，这对于未来的深空探索任务至关重要。
随着用户对数据服务需求的增长，未来的通信网络将提供更高的数据传输速率。例如，5G-Advanced技术将推动连接更高效，毫米波和深层空分复用技术将迎来新的发展机会。同时，未来的通信网络将实现更广泛的覆盖，包括偏远地区和全球范围内的覆盖，这得益于卫星通信技术的进步和星座网络的部署。
在不久的未来，商业卫星通信服务市场将迎来增长，特别是在航空、航海和偏远地区服务领域。数据和服务提供商可以开发新的商业模式，提供更多样化的服务，如高清视频流、在线游戏和远程医疗服务。
中国科学院院士葛昌纯提出，在空间建设太阳能电站是实现太阳能大规模稳定利用的重要方式，成为解决未来能源和环境问题的主要战略选择之一。这一宏伟构想源自太空本身的特点：在太空，太阳光不会被大气减弱，也不受季节、昼夜变化影响，可以通过无线能量传输方式向地面提供连续、稳定的清洁能源。不过，以目前的空间技术能力建设空间太阳能电站，技术难度较大，投入巨大，因此是否应当发展空间太阳能电站存在很大争议。葛昌纯认为，作为面向长远的航天和能源领域重大战略工程，发展空间太阳能电站为带动我国相关领域的科技创新、促进国家航天强国和能源强国建设提供了难得的机遇。
除了太空太阳能电站，在能源领域，空间技术还有很大的想象空间。未来我国将发射嫦娥七号、嫦娥八号，并正在论证国际月球科研站，持续开展科学探测研究、资源开发利用和前沿技术验证。这表明空间科学任务将推动对月球等天体的资源开发，包括潜在的可持续能源资源，如氦-3等，这些资源的开发利用有望为地球提供新的清洁能源选项。通过对太空环境的深入研究和对天体资源的探测，空间科学任务将推动清洁能源技术的发展。
此外，通过空间科学任务，可以加强对地球环境的监测，包括气候变化、植被覆盖变化、自然灾害等。这些监测数据对于理解和应对全球气候变化、保护生态环境具有重要意义。例如，规划中提到的“透明海洋星座”和“全天候三维风观测”等任务，将有助于更精确地监测海洋和大气状态，从而为环境保护提供科学依据。
规划中的“日地全景”主题强调了探索地球、太阳和日球层的重要性，这些研究有助于我们更好地理解和预测空间天气事件，如太阳风暴等，这些事件对地球的通信、导航和能源系统可能产生重大影响。通过空间天气探测，可以采取预防措施，减少这些事件对可持续能源系统和环境的潜在损害。
规划提出，到2035年，要形成空间科学领域人才竞争比较优势，国家战略人才力量和领军人才队伍位居世界前列。这为人才培养和科研合作提供了新的发展机遇，对产业发展具有深远的影响。
可以预见，规划的实施将推动高等教育机构加强与空间科学相关的学科建设，提升教育质量，培养更多具有国际竞争力的空间科学人才。值得注意的是，空间科学是一个高度综合性的领域，涉及多个学科的交叉融合。规划提出“实现我国空间科学、空间技术、空间应用全面发展”，将促进高等教育机构加强跨学科研究和教育，培养具有创新思维和能力的复合型人才。
未来，通过更深入、多元化地参与空间科学项目，高等教育机构也能从中获益，增强自身的研究能力，提升科研水平。从科创水平角度看，将推动研究机构在空间科学领域进行更多的创新性研究，推动科技成果的转化应用，增强国家的科技创新能力。从国际合作的角度看，空间科学的发展需要全球合作。规划的实施将促进研究机构加强与国际同行的合作，共享数据和资源，提升国际影响力。
科研合作也将带来更长远的影响，产学研合作方面，规划的实施将加强高等教育机构、研究机构与产业界的合作，推动科研成果的转化应用，促进产业升级和经济发展。区域协调发展方面，通过空间科学项目的实施，可以促进不同地区之间的科研合作，加强资源共享，推动区域协调发展。
空间科学任务产生海量的观测数据，这些数据的分析和处理对大数据分析技术提出了更高的要求。空间科学任务产生的数据量巨大，需要高效的大数据处理技术来保证数据的实时处理和分析。例如，卫星遥感数据的实时处理需要强大的计算能力和快速的数据传输能力。空间科学数据通常包括多种类型的数据，如图像、信号等，这些数据的多样性和复杂性要求大数据分析技术能够处理和整合多种数据源，提取有价值的信息。大量的空间科学数据需要有效的存储和管理解决方案。这要求开发高效的数据库系统和数据管理策略，以便于数据的检索、共享和再利用。
数据驱动创新对各个产业具备明显的推动作用。促进技术创新方面，空间科学数据的分析可以加速知识生产过程，为技术革命性突破提供新知识。数据要素能够促进知识共享，为技术突破提供基础。优化决策过程方面，基于大数据分析的决策支持系统可以帮助企业和组织更科学地进行生产要素配置，提升决策的精准性，从而优化产业链协作能力和效率。推动产业升级方面，数据要素的应用加速了产品创新和技术迭代，推动产业深度转型升级。数据要素还通过提升产业链协作能力和协作效率，推动产业深度转型升级。促进新质生产力发展方面，数据要素将带来全要素生产率的显著提升，进而促进新质生产力发展。通过优化数据要素相关政策，能够进一步激发数据要素的潜力，为经济社会发展注入新的活力。
与空间技术密切相关的遥感技术的发展，对环境监测、资源勘探和气象预报等领域产生了深远的影响。例如，遥感技术为环境监测提供了海量的高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率数据，这些数据有效地促进了水旱灾害防御、国家水网建设、河湖生态复苏、水资源节约集约利用等水利重点业务的发展。通过遥感技术，可以精确追踪森林覆盖的变化、农田扩张以及其他土地利用变化，为政策制定者提供调整和优化土地管理策略的依据。遥感技术在矿产资源和油气资源调查方面进行典型应用，通过分析高光谱数据，可以探测在多光谱、宽波段遥感中不能被识别的物质，为资源勘探提供了新的技术手段。
在气象预报方面，气象卫星资料已经在气象业务服务中得到广泛应用，如在天气分析和气象预报中，卫星资料可以应用在大尺度大气、温度探测，使天气分析和气象预报工作更为准确。例如，风云三号（FY-3）气象卫星提供了全球、全天候、三维、定量、多光谱的大气、地表和海表特性参数，这些数据在气象预报中发挥着重要作用。
航天技术的发展对航天相关工业的推动作用是多方面的，它不仅加速了技术创新，还促进了产业结构的升级和经济增长。
载人航天的发展显著提升了航天工业的技术水平和制造能力。随着中国空间站的建设，对航天员生命保障系统、空间站核心舱、货运飞船等关键技术的需求不断增长，这些技术的发展和应用进一步推动了航天工业的成熟和进步。例如，中国空间站的建设不仅需要先进的航天器设计和制造技术，还需要精确的轨道控制和生命保障系统。
卫星制造是航天工业的重要组成部分。随着通信、导航、遥感等卫星需求的增加，卫星制造技术也在不断进步。卫星的小型化、标准化和批量生产能力的提升，降低了卫星制造和发射的成本，使得卫星服务更加普及和经济。例如，全球卫星产业的总收入在2023年约为2853亿美元，显示了卫星制造业的商业潜力和增长前景。此外，发射服务是航天工业的另一个关键领域。随着火箭技术的不断进步，如可重复使用火箭的开发，发射成本大幅降低，发射服务的市场竞争力得到增强。例如，“长征十一号”实现了海上商业化应用发射，这不仅提高了发射的灵活性，也降低了成本，为商业航天发射市场提供了新的机会。
>>9月27日18时30分，我国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭，成功发射首颗可重复使用返回式技术试验卫星——实践十九号卫星，卫星顺利进入预定轨道。新华社照片。
空间科学的发展对生物技术和医疗健康研究产生了深远的影响，同时也为新药开发和疾病研究提供了新的推动力。太空环境，特别是微重力条件，对生物体的生长和发育具有显著影响。例如，微重力可以改变细胞的生长模式，促进某些类型的细胞增殖，并可能影响细胞的代谢和基因表达。这些变化为研究生物体在特殊环境下的适应机制提供了独特的实验条件。空间科学任务还可以用于研究生物分子和蛋白质的结构，这对于理解生物分子的功能和开发新药至关重要。在微重力环境下，蛋白质晶体的生长更为均匀和稳定，有助于揭示其三维结构，从而推动药物设计和开发。
空间科学提供了一个独特的平台，可用于研究药物在特殊环境下的行为，如微重力条件下的药物代谢和效力。这些研究有助于开发更为有效和针对性的药物，以及改进药物的配方和给药方式。空间环境对细菌生长和致病性的影响为抗生素研究提供了新的视角。在空间环境中，细菌可能会表现出不同的耐药性和毒性，这些观察结果有助于开发新的抗生素和疫苗，以及改进现有的治疗方案。空间科学还可以促进对慢性疾病，如肌肉萎缩和骨质疏松等疾病的研究。在微重力环境下，这些疾病的发生和发展可能会加速，从而为研究其病理机制和开发治疗方法提供了新的模型和工具。
整体来说，规划提出了五大科学主题和17个优先发展方向，旨在推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展，实现我国空间科学领域的跨越式发展。
“极端宇宙”主题。探索宇宙的起源与演化，揭示极端宇宙条件下的物理规律。优先发展方向包括暗物质与极端宇宙、宇宙起源与演化和宇宙重子物质探测。拟解决的重大科学问题包括暗物质粒子本质和宇宙高能辐射来源，暗能量的本质，动态宇宙探测与暂现源物理机制，宇宙黑暗时代和再电离历史，恒星及行星系统起源与演化，重子物质循环与反馈等。
“时空涟漪”主题。探测中低频引力波、原初引力波，揭示引力与时空本质。优先发展方向为空间引力波探测。拟解决的重大科学问题包括超大质量黑洞和种子黑洞的形成及其与宿主星系的协同演化，黑洞附近强引力场精细结构及致密天体的分布和物理性质，检验早期宇宙学模型等。
“日地全景”主题。探索地球、太阳和日球层，揭示日地复杂系统、太阳—太阳系整体联系的物理过程与规律。优先发展方向包括地球循环系统、地月综合观测、空间天气探测、太阳立体探测和外日球层探测。拟解决的重大科学问题包括太阳磁活动特性和磁周期起源机制，太阳风扰动的三维传播与演化规律，太阳风—磁层跨尺度能量传输和耗散的机理，磁层—电离层—热层耦合，地球系统多圈层跨尺度相互作用，太阳风—星际介质相互作用的过程和机理等。
“宜居行星”主题。探索太阳系天体和系外行星的宜居性，开展地外生命探寻。优先发展方向包括可持续发展、太阳系考古、行星圈层刻画、地外生命探寻和系外行星探测。拟解决的重大科学问题包括月球深部物质、圈层结构及早期撞击历史，小行星/彗星起源与演化，火星宜居环境演化与生命信号，太阳风与木星磁层的相互作用，冰卫星和冰巨星宜居环境与生命信号探测，系外行星宜居性及生命特征等。
“太空格物”主题。揭示太空条件下的物质运动和生命活动规律，深化对量子力学与广义相对论等基础物理的认知。优先发展方向包括微重力科学、量子力学与广义相对论和空间生命科学。拟解决的重大科学问题包括微重力多过程耦合新体系下复杂流体物理基础理论，引力场中的量子效应、广义相对论高精度检验与新物理探索，地球生命的空间环境适应性和生存策略等。
规划还详细描绘了至2027年、2028-2035年和2036-2050年三个阶段的科学任务规划，形成了至2050年我国空间科学发展路线图。通过这些规划的实施，我国有望在空间科学领域取得一系列重大突破，为建设航天强国、科技强国提供有力支撑。
第一阶段，至2027年，运营中国空间站，实施载人月球探测、探月工程四期与行星探测工程，形成若干有重要国际影响力的原创成果。
从空间X射线等多波段协同观测、X射线热重子探测、空间引力波探测探路者、太阳极轨探测等任务方向中遴选大型任务2-3项；从暗物质粒子探测、空间太赫兹高速成像巡天、空间超长波观测、空间红外观测、隐伏自然地物探测、透明海洋星座、全天候三维风观测、地球辐射能量收支探测、地球磁层跨尺度星座、日地L5点太阳探测、天基太阳射电阵列观测、人类活动痕迹精细观测、全球植被生物量时空格局、木星系统观测、系外行星探测等任务方向中遴选中小型和机遇型任务3-5项。
第二阶段，2028-2035年，通过第一阶段任务实施取得位居世界前列的原创成果。运营中国空间站，论证实施载人月球探测、月球科研站、太阳系边际探测、巨行星系统探测、金星大气采样返回等科学任务。
从空间高精度红外观测、天体引潮力对地震诱发作用综合观测、环日探测、空间高能、X射线探测、空间引力波探测等任务方向，以及至2027年规划阶段未立项的大型任务方向中遴选大型任务4-5项；从紫外天文观测、海洋能级星座、关键带跨圈层耦合过程观测、边界层热动力结构和化学成分观测、全球高精度地磁场星座、地应力观测、地球辐射带探测、空间天气探源、编队太阳高能探测、四极协同科学观测、地球动态变化观测、小行星探测、系外行星卫星探测等任务方向，以及至2027年规划阶段未立项的中小型任务方向中遴选中小型和机遇型任务10-11项。
第三阶段，2036-2050年，我国空间科学重要领域达到世界领先水平。论证实施大型任务5-6项，以及25项左右中小型和机遇型任务。
通过这些目标的实现，规划将为中国空间科学的发展提供清晰的路线图，推动我国在空间科学领域取得更多突破性进展，为人类探索宇宙的奥秘做出更大的贡献。
END
编辑：李子吉
审核：艾丽
政审：王军善
终审：朱永旗
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2024年10月1日出版
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