在北京郊外的国家空间科学中心，时间似乎过得更快。研究人员在这个中国科学院 (CAS) 的全新园区内奔走，期待着中国首个 X 射线望远镜的发射。在任务控制中心，一块巨大的屏幕循环播放着展示中国主要太空里程碑的视频。工程师们全神贯注地盯着电脑屏幕，而一家国家电视台的摄制组则带着摄像机在房间里穿梭，为一部关于中国作为太空强国迅速崛起的纪录片收集素材。墙上装饰着励志标语。“勤奋细致”，其中一个标语写道。“万次试验，一次失败也不 допускается”，另一个标语鼓励道。
对于主任吴季来说，这个占地 19.4 公顷、耗资 9.14 亿元人民币（1.35 亿美元）的园区代表着中国空间科学事业的成熟。吴季表示，在过去的几十年里，中国已经建立了将卫星和宇航员送入轨道，以及将航天器送往月球的能力，但尚未从其日益崇高的有利位置进行太多重要的研究。现在，这种情况正在改变。“就空间科学而言，”他说，“我们是这个领域的新秀。”
中国正在 стремительно 确立自己在该领域的领导地位。2013 年，一艘名为 嫦娥三号 的 1.2 吨重探测器 успешно 登陆月球，释放了一辆使用探地雷达以前所未有的分辨率测量月球次表面的月球车。中国最新的空间实验室，于 2016 年 9 月发射，携带了十几个科学有效载荷。在过去的两年里，又有四个致力于天体物理学和其他领域的任务被送入轨道，其中包括一艘正在进行量子通信领域开创性实验的航天器。
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这些努力，是中国科学院和其他机构的工作成果，其影响远远超出了国界。“中国的空间科学计划非常活跃和创新，”位于巴黎的欧洲空间局 (ESA) 局长约翰-迪特里希·沃纳 (Johann-Dietrich Wörner) 说。“它处于科学发现的前沿。”未来十年备受期待的任务包括尝试带回月球样本、中国科学院-欧空局联合研究空间天气的项目，以及探测暗物质和黑洞的开创性任务。
尽管势头强劲，但中国许多研究人员仍对中国空间科学的未来感到担忧。7 月 2 日，一枚长征五号运载火箭在发射一颗通信卫星时失败，引发了人们对即将到来的月球任务的担忧，该任务将使用类似的运载工具。更广泛的问题笼罩着前景。“国际和国内的挑战都非常严峻，”中国科学院国家天文台副台长、中国探月工程高级科学顾问李春来表示。中国经常在国际合作中被边缘化，近年来，由于美国一项禁止美国宇航局与中国合作的法律，中国不得不与美国争夺合作伙伴。在中国国内，政府尚未对空间科学进行战略规划，也未提供长期财政支持。“问题不在于中国做得有多好，”李春来说。“而是这种情况能持续多久。”
奔向月球
中国进入太空时代始于一首歌。1970 年，中国的第一颗卫星从近地轨道发射了爱国歌曲《东方红》。但直到文化大革命于 1976 年结束后，中国才在建立强大的太空存在方面取得了 серьезный 进展。第一个重要的里程碑出现在 1999 年，当时发射了神舟一号，这是一艘无人驾驶的测试舱，标志着中国载人航天计划的开始。从那时起，中国取得了一系列成就，包括将中国宇航员送入轨道，以及发射了两个空间实验室。
“中国的航天计划在短时间内取得了巨大的进步，”美国国家科学、工程和医学院在华盛顿特区负责航空航天和空间科学委员会的迈克尔·莫洛尼 (Michael Moloney) 说。科学已逐渐成为中国国家航天局 (CNSA) 和中国载人航天机构 (CMSA) 运行的任务中越来越重要的一部分。中国国家航天局负责月球和行星探测，中国载人航天机构则负责载人航天计划。例如，中国最新的空间实验室 天宫二号 就搭载了许多科学有效载荷，包括一个先进的原子钟和一个价值 340 万美元的探测器 POLAR，用于研究 γ 射线暴——来自坍缩恒星和其他来源的高能辐射爆发。
中国最初的探月任务——分别于 2007 年和 2010 年发射的轨道飞行器——更多的是工程演示，而不是科学任务，但这种情况随着第一个着陆器 嫦娥三号 而改变。该任务使中国成为第三个实现在月球软着陆的国家。更重要的是，嫦娥三号 着陆在一个从未被近距离研究过的区域。雷达测量和地球化学分析揭示了复杂的火山喷发历史，这些喷发可能发生在 20 亿年前1。“它确实帮助弥合了我们对月球过去和深层结构的理解差距，”研究负责人、中国地质大学（武汉）行星地质学家肖龙说。
这些成果引起了其他国家行星科学家的关注。“迫切需要确定月球最年轻火山作用的精确年龄和成分，”罗德岛州普罗维登斯布朗大学行星探测专家詹姆斯·海德 (James Head) 说。这可能很快就会实现。最早在 12 月，嫦娥五号 探测器将发射执行一项任务，从吕姆克山 (Mons Rümker) 附近区域带回样本，该区域已知蕴藏着比阿波罗登月地点获得的火山岩年轻得多的火山岩。“这将是对月球科学的绝佳补充，”海德说。
五年
中国空间科学的蓬勃发展部分归功于中国科学院的努力，该院在 2000 年代努力说服中国政府提高其任务的科学影响力。科学院的努力最终得到了资金的回报：空间科学战略先导专项于 2011 年启动，为四颗科学卫星的研制提供了 5.1 亿美元的资金。
其中一项已取得早期成果并引起全球关注的任务是耗资 1 亿美元的 空间尺度量子实验 (QUESS) 任务。该航天器于 2016 年 8 月发射，一直在测试一种名为量子纠缠的奇特现象，在这种现象中，粒子的量子态相互关联，即使粒子相距遥远。上个月，QUESS 团队报告称，他们已使用该卫星将一对纠缠光子束射向相距 1200 公里的两个地面站2——远远超过了之前 144 公里的纪录（参考文献 3）。
该团队还在使用该卫星测试在维也纳附近的格拉茨和北京之间建立量子通信信道的可能性。目的是通过使用以光子状态编码的密钥对其进行加密来安全地传输信息。“如果成功，全球量子通信网络将不再是科幻小说，”中国科学院大学（合肥）物理学家、该任务的首席科学家潘建伟说。
研究人员还对耗资 3 亿美元的 暗物质粒子探测器 (DAMPE) 寄予厚望。日内瓦大学（瑞士）天体物理学家、该任务的共同首席科学家马丁·波尔 (Martin Pohl) 说，该探测器于 2015 年发射，是用于探测高能宇宙射线的最先进设备。
波尔说，DAMPE 的数据可能有助于确定国际空间站上的阿尔法磁谱仪 (AMS) 检测到的高能电子和正电子丰度的惊人模式是来自暗物质，还是来自脉冲星等天文来源。波尔也在 AMS 项目中工作。波尔说，由于 DAMPE 对高能粒子比 AMS 更敏感，因此它“将做出重大贡献”。
人人享有科学
暗物质和量子任务在科学院的空间科学资助到期前不久发射。包括吴季在内的科学家不得不为持续支持而战。中国政府近来优先考虑应用研究，经过 2016 年大部分时间的 интенсивное 游说，研究人员才说服政府在未来五年内为科学院额外拨款 7.3 亿美元用于空间科学。“这并非没有经过一番斗争，”吴季说。“但我们还是设法成功了。”
始于今年的新计划资助了许多计划在 2020 年代发射的任务，包括中国的第一个太阳探测任务和一个研究地球水循环的遥感航天器。
中国国家航天局和中国载人航天机构也在 стремительно 加大其空间科学工作力度。一个令人兴奋的项目是由中国国家航天局牵头、耗资 4.4 亿美元的 X 射线望远镜，称为 增强型 X 射线时变和偏振测量 (eXTP)。该任务计划于 2025 年发射，部分由欧洲合作伙伴资助，并有来自 20 个国家的数百名科学家参与。它的设计目的是研究只有在太空中才能找到的极端密度、引力和磁场条件下的物质——例如在中子星内部或黑洞周围。
该卫星最创新的方面是其能够同时高精度地测量 X 射线信号的时序、能量分布和偏振，这将为了解各种 X 射线源提供有价值的见解，共同首席科学家、罗马空间天体物理学和行星学研究所的天体物理学家马可·费罗奇 (Marco Feroci) 说。eXTP 还将携带一个广角望远镜来搜寻不寻常的瞬变信号。“一旦它发现一个潜在的有趣来源，所有其他仪器都会放大到那个方向，”中国科学院高能物理研究所（北京）天体物理学家、该任务的负责人张双南说。“它是 X 射线天文学的终极武器。”
中国载人航天机构领导的项目也在取得进展。其中一个是暗物质探测器，其灵敏度是 DAMPE 的 15 倍；它将安装在中国计划于 2022 年完成的永久性空间站上。还有计划建造一个价值 7.3 亿美元的光学望远镜，在空间站附近轨道上运行。中国科学院空间应用工程与技术中心（北京）物理学家、中国载人航天机构高级科学顾问顾逸东说，该望远镜的视场是哈勃望远镜的 300 倍，它将产生可能非常适合研究暗物质和暗能量以及搜寻系外行星的巡天数据。
国际联系
这些项目表明，中国科学院与中国其他参与航天的机构之间的合作正在加强。类似的合作精神也反映在国外。沃纳说，中国的航天计划“变得越来越自信和外向”。过去，公告只有在任务成功后才会发布；现在，中国 регулярно 直播发射过程。中国科学家也越来越多地与他们的国际同行接触，通过小规模的伙伴关系建立联系。
大多数由中国科学院主导的大型任务都有欧洲合作伙伴，合作由双方的研究人员发起。但欧空局希望与这个正在崛起的航天大国建立高级别合作。2015 年初，欧空局和中国科学院发布了空间科学任务提案征集。他们选择了一个名为 太阳风-磁层-电离层链路探测器 (SMILE) 的项目，该项目将由双方共同领导，并各自出资 5300 万美元。“各机构在开发的每个阶段都密切合作，”吴季说。
欧空局和中国十多年前曾在一个名为 双星 的项目中合作研究磁暴，但那是一个由中国主导的任务。通过 SMILE，各机构正在测试一种新的、更密切的合作模式。“这关系到建立信任和桥梁，以便我们能够更好地相互理解，”欧空局战略规划和协调负责人法比奥·法瓦塔 (Fabio Favata) 说。“希望这将为未来更大规模的合作铺平道路。”
在中国当前的合作伙伴名单中，一个值得注意的缺席国家是美国。过去，中国为美国宇航局的任务贡献了关键部件。但美国宇航局现在被 2011 年通过的一项美国法律禁止进行此类合作，因此中国被排除在国际空间站的参与之外。国际空间站上有一个美国、中国和许多其他国家早期合作的成果——AMS。
美国宇航局和中国机构的代表仍然 regelmäßig 互访。但在不可能进行 официальное 合作的情况下，可能会出现一些不可避免的重复工作。今年 3 月，STROBE-X（宽带能量 X 射线光谱定时分辨天文台）——一个类似于中国 eXTP 任务的项目——被美国宇航局选中进行进一步研究。STROBE-X 可能会在 2030 年发射，比 eXTP 晚五年左右。“同时拥有两个非常相似的任务并不理想，”美国宇航局马歇尔太空飞行中心（阿拉巴马州亨茨维尔）天体物理学家、STROBE-X 团队成员科琳·威尔逊-霍奇 (Colleen Wilson-Hodge) 说。“我希望我们能够找到一种合作方式，而不是相互竞争。”
向前迈进
然而，对于中国空间科学家来说，主要的挑战是说服本国政府长期投资的必要性。包括 eXTP 在内的几项天体物理任务的负责人张双南将这种情况称为“一种 постоянное 的朝不保夕”状态，字面意思是“不知道下一顿饭从哪里来”。“我们将在未来五年内安全无虞，”他说。“但没有人知道之后会发生什么。”
工程和探索壮举仍然优先于科学。例如，中国空间站的预算为 145 亿美元。但即使中国国家主席习近平表示，空间站将成为中国的国家太空实验室，也没有专门的资金用于开发其科学有效载荷。空间站可能会像 天宫二号 那样支持科学，为各种实验提供电力和通信。但张双南也表示，还存在“房子没有家具”的危险。
在中国庞大的国家空间科学中心，家具是新的，空气中仍然弥漫着新油漆的味道。在获得了下一轮资金后，吴季放松地坐到办公桌后的大型皮椅上。他承认体制上的缺陷，但对未来持乐观态度。“到目前为止，一切都很好，”他一边说，一边瞥了一眼他书架上排列的卫星模型。“我们不能指望事情在一夜之间改变。”
本文经许可转载，并于首次发表于 2017 年 7 月 27 日。