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《自然》:中国成为空间科学超级大国的旅程—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  “自然”:中国成为太空科学超级大国 - 新闻 - 科技网

  原文向中国寻求成为太空科学超级大国的标题

  发布于2017年7月26日的“自然”新闻专题

  原作者:简Qi

  越过许多太空航班的里程碑后,中国在空间科学方面建立了自己的国际声誉。

  曾经在燕郊的国家空间科学中心,时间似乎加速了,新落成的中国科学院校园的研究人员正急着要推出中国第一台X射线望远镜。指挥中心是一个巨大的屏幕,环绕着中国航空的几个重要里程碑,工程师们专心地盯着电脑屏幕,而中央电视台的工作人员拿着摄像机拍摄了一部关于中国崛起为太空巨人的纪录片。墙上贴满了鼓励口号:认真细致,细致安全可靠万无一失。

  4月份,“长征七号”火箭发射了一艘货运飞船到太空2号的太空任务。

  VCG / Getty

  对中心主任吴吉说,占地19.4万平方米,投资9.14亿元的园区,代表了中国空间科学的成熟,吴主任告诉我们,过去几十年来,中国已经取得了成功将卫星和宇航员送入太空,并将探测器送到月球上,但他们没有利用这些优势做太多的科学研究,现在已经不同了。在太空科学领域,他说我们刚刚进来。

  中国正在迅速成为这一领域的领导者。 2013年,拥有1.2吨干质量的“嫦娥三号”登陆月球,发出月球车,月球探测器可以穿透月球探测月球的地下结构,以前所未有的分辨率探测月球。 2016年9月,中国发射的最新太空实验室承载了十多项科学负载。此外,近两年又发射了四辆运载火箭,在空间物理等领域进行了太空实验。其中一颗卫星正在进行世界尖端的量子通信实验。

  中国科学院和其他机构的这些努力的影响远远超出了国界。中国的空间科学项目非常活跃,非常具有创新性,欧洲空间局(ESA)主任Johann-Dietrich Werner表示,他们处于科学发现的前沿,未来十年还会有更多令人激动的项目包括中国科学院和欧空局在空间天气方面的合作研究和探测暗物质和黑洞的先驱项目。

  尽管进展迅速,但中国的许多研究人员仍然对中国的空间科学前景感到担忧,7月2日,携带通信卫星的长征五号火箭未能发射,这为月球探测计划蒙上阴影使用相同类型的火箭,远处有更大的乌云,国际国内的挑战是艰巨的,中国天文台副主任,高级设计师月球探测计划李春说,中国在国际上往往被边缘化美国的法律规定美国航空航天局可能不与中国合作,中国近年来必须与美国竞争,中国政府没有空间科学的战略规划,也没有长期的财政拨款,问题是不是说现在中国在做什么,李说,但是会持续多久。

  探索月球

  中国的空间从一开始就以一首歌曲开始,1970年中国的第一颗卫星从近地轨道把“东方红”的爱国歌曲带回了地球。然而,中国在1976年文革结束之后才真正在航空航天领域产生影响。第一个里程碑是1999年的“神舟1号”。这个无人航天器标志着载人航天计划的开始。从那时起,中国已经有了一系列的成功,包括派遣中国宇航员进入太空,发射两个太空实验室。

  美国科学院空间研究委员会主席迈克尔·莫洛尼说,中国的太空项目在短时间内取得了长足的进步,科学项目在中国国家航天局中所占的份额越来越大,负责月球探测和行星探测工程以及中国载人航天工程,中国新建的空天实验室天工二号负责进行一系列科学实验,包括先进的原子钟和称为极地的探测器,用于研究伽马射线爆裂,这是恒星塌缩等原因造成的高能辐射爆裂。

  中国前两次月球探测,即2007年和2010年发射的月球轨道卫星比科学探索更注重工程验证,但月球探测器“三”却不尽相同,探测使中国成为第三个更重要的是,“嫦娥三号”登陆点是一个从未被深入研究过的领域。雷达勘探和地球化学分析揭示了在25亿年前的复杂火山爆发。这是我们了解月球历史和深层结构的一个空白部分。中国地质大学(武汉)地球地质学家肖龙教授说。

  这个结果也吸引了外星人科学家的关注。我们迫切需要确定月球上最后一次火山活动的确切历史和形成。美国布朗大学行星探测专家James Head说。这可能很快成为现实。只要到十二月,长安月球探测器将关闭,带回Lumbe山的样本,这个地区的火山岩远比阿波罗登月的火山岩晚,这将为月球带来新的数据研究教授Head说。

  五年计划

  中国空间科学研究成果的很大一部分是由于国家空间科学中心的努力,2000年以来的十年里,中国政府说服中国政府加大研究力度,中心的努力终于带来了关于货币回报:2011年启动的空间科学战略试点科技项目,发展四颗科学卫星36亿元。

  其中之一已经赢得了先前的成果,引起了世界瞩目的价值7亿元的量子科学实验卫星(墨子)。该卫星于2016年8月发射,用于测试称为量子纠缠的奇特现象。纠缠在量子纠缠中的粒子即使在两个不同的地方也保持相关。上个月,量子卫星小组宣布,他们用卫星发射了一系列纠缠在一起的光子到相距1200公里的地面站,远远超过了以前的144公里。

  欧洲空间局局长Johann-Dietrich Wner和国家空间科学中心总干事吴基在2016年的会议上讨论了空间科学。

  NSCC

  该小组还利用卫星测试了奥地利格拉茨,维也纳和北京周围建立量子信道的可能性。他们的目标是使用光子的量子态作为安全传输信息的关键。如果实验成功,全球量子通讯网络将不再是科幻小说中的场景。中国科学院下属中国科学技术大学物理学教授,量子卫星计划首席科学家潘建伟说。

  研究人员也对20亿暗物质粒子探测器(悟空)寄予厚望。据瑞士日内瓦大学的天体物理学家马丁·波尔(Martin Pohl)介绍,该项目的共同负责人是最新的从2015年关闭的探测器接收高能宇宙射线的装置。

  ISS的Alpha站检测高能电子和正电子中不需要的现象,而暗物质探测器可以使用大量高能粒子的数据来确定这种现象是由于暗物质还是由于脉冲星等天体现象造成的。同时在Alpha磁谱仪上工作的Pohl告诉我们,暗物质探测器比α磁谱仪对高能粒子更敏感,因此必须做出重要贡献。

  三种方式齐头并进

  在暗物质和量子通信卫星发射后不久,国家空间科学中心的空间科学经费已经过期。包括吴在内的科学家不得不争取下一批资金。中国政府最近提出了应用研究的重点。在2016年的大部分时间里游说,科学家们终于说服政府在未来五年为中心的空间科学项目拨款50亿元,吴主任说,真的不容易,但终于搞定了。

  这个从今年开始的新计划资助了一些预计到2020年到2030年的项目,其中包括中国首个太阳探索卫星和遥感卫星,以观测地球的水循环。

  国家航天局和中国的载人航天工程也加紧努力,其中令人激动的项目之一是美国宇航局4.4亿美元的X射线时变和偏振天文台(eXTP)。该项目预计将于2025年启动,投资者包括欧洲的合作伙伴和20多个国家的数百名科学家。天文台的目标是研究仅在太空中发生的极端密度,引力和磁场,如中子星内部或黑洞边缘的物质。

  二进制计划计划在2003年和2004年发射两颗卫星探测地球的磁层空间。

  NSCC

  意大利天体物理研究所教授兼共同负责人Marco Feroci告诉我们,卫星最具创新性的特点是能够同时测量高精度的X射线时间,能量分布和极化,从而提高了我们对它还带有一个广角望远镜来捕捉不寻常的瞬间信号,当发现一个可能有趣的信号时,所有其他装置都集中在这个方向上。中国科学院高能物理研究所表示,这是X射线天文学的终极武器。

  中国在项目领导下的载人航天工程也在实施中,其中一个是暗物探测器,比悟空灵敏15倍,将被放入中国的永久性空间站,预计到2022年完成。另一个计划是发射一个50亿元的光学望远镜在太空站周围转动。中国社科院物理学家,载人航天工程高级设计师顾一东表示,其视野是哈勃望远镜的300倍。观察到的数据可以用来研究暗物质和暗能量,以及寻找超能力的行星。

  全球合作

  所有这些项目都表明,中国科学院与其他航天机构的合作正在不断深化。国际合作也是如此。维尔认为,中国在太空项目上变得更加自信和开放。过去,发布成功后才公布,中国现在定期发布发布计划。中国科学家还加强了与国际同行的联系,通过小规模合作加强了联系。

  大多数中国科学院主导的项目都有欧洲的合作伙伴,合作关系是由哪一方发起不过,欧空局希望与这个后起之秀的太空明星建立更高层次的合作关系。 2015年初,欧空局与中国科学院开始联合征集空间研究项目。最后,选择了太阳风磁层交互全景成像卫星(SMILE),并由双方共同领导,每个贡献了5300万美元。两个机构在每个阶段紧密合作。吴主任说。

  欧洲航天局和中国早在十多年前就开始研究风暴的双星计划,但这个计划是由中国主导的。通过微笑,双方可以习惯新的,更紧密的合作模式。我们需要建立信任和桥梁,以加强相互了解。欧空局空间科学科学协调办公室主任法比奥·法瓦塔说,我希望这将为大规模的未来合作开辟道路。

  2013年,中国月球车月球车木星降落在月球上,用穿透雷达测量月球表面。

  新华社通过ZUMA Wire

  中国合作伙伴目前没有出现的大国之一就是美国,曾经,中国为美国航天局的发射任务提供了许多关键组成部分。然而,2011年美国通过的法案禁止美国航空航天局进行这种合作,因此中国被排除在国际空间站之外。空间站是美国,中国和其他一些国家合作的产物:阿尔法磁谱仪。

  美国宇航局和中国航天局的代表仍将定期互访。但是,由于缺乏官方合作,许多项目可能会出现重复工作。今年3月,NASA选择STROBE-X(时间分辨光谱宽带X射线天文台)作为下一个研究课题。这个项目与中国的eXTP项目类似,预计到2030年,将比eXTP落后5年。与此同时,两个非常类似的项目显得不太理想。美国宇航局马歇尔太空飞行中心的天体物理学家,STROBE-X项目成员科琳·威尔逊 - 霍奇(Colleen Wilson-Hodge)说,我希望我们能够一起工作,而不是相互竞争。

  前途

  对于中国的空间科学家来说,主要的挑战是要说服自己的政府做长期投资,包括eXTP在内的几个天体物理小组的负责人张双楠描述了目前的情况,没有保证,下一个没有问题他说,五年,但没有人知道之后会发生什么。

  技术和探索仍然比科学更有价值。比如中国的太空站总共有145亿美元,虽然中国的总统说是中国的国家空间实验室,但是还没有专门的资金去发展上述的科学负担。空间站可能正在进行与天工2相同的科学实验,为研究提供了足够的能量和通信设备。不过,也有可能沦为张元氏说的,虽然有广厦,但是两难墙壁。

  新的家具被安置在国家空间科学中心的大厦里,甚至可以在空中听到新的油漆。吴主任坐在办公桌后面的办公椅上,因为下一次拨款而放松。他承认,虽然制度有缺陷,但对未来非常乐观。直到现在没有什么问题,他还是瞥了一眼,放在了货架上的卫星模型,毕竟这不是一夜之间的改善。

  自然 doi:10.1038 / 547394a

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