在北京郊外的國家空間科學中心，時間似乎過得更快。研究人員在這個中國科學院 (CAS) 的全新園區內奔走，期待著中國首個 X 射線望遠鏡的發射。在任務控制中心，一塊巨大的螢幕迴圈播放著展示中國主要太空里程碑的影片。工程師們全神貫注地盯著電腦螢幕，而一家國家電視臺的攝製組則帶著攝像機在房間裡穿梭，為一部關於中國作為太空強國迅速崛起的紀錄片收集素材。牆上裝飾著勵志標語。“勤奮細緻”，其中一個標語寫道。“萬次試驗，一次失敗也不 допускается”，另一個標語鼓勵道。
對於主任吳季來說，這個佔地 19.4 公頃、耗資 9.14 億元人民幣（1.35 億美元）的園區代表著中國空間科學事業的成熟。吳季表示，在過去的幾十年裡，中國已經建立了將衛星和宇航員送入軌道，以及將航天器送往月球的能力，但尚未從其日益崇高的有利位置進行太多重要的研究。現在，這種情況正在改變。“就空間科學而言，”他說，“我們是這個領域的新秀。”
中國正在 стремительно 確立自己在該領域的領導地位。2013 年，一艘名為 嫦娥三號 的 1.2 噸重探測器 успешно 登陸月球，釋放了一輛使用探地雷達以前所未有的解析度測量月球次表面的月球車。中國最新的空間實驗室，於 2016 年 9 月發射，攜帶了十幾個科學有效載荷。在過去的兩年裡，又有四個致力於天體物理學和其他領域的任務被送入軌道，其中包括一艘正在進行量子通訊領域開創性實驗的航天器。
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這些努力，是中國科學院和其他機構的工作成果，其影響遠遠超出了國界。“中國的空間科學計劃非常活躍和創新，”位於巴黎的歐洲空間局 (ESA) 局長約翰-迪特里希·沃納 (Johann-Dietrich Wörner) 說。“它處於科學發現的前沿。”未來十年備受期待的任務包括嘗試帶回月球樣本、中國科學院-歐空局聯合研究空間天氣的專案，以及探測暗物質和黑洞的開創性任務。
儘管勢頭強勁，但中國許多研究人員仍對中國空間科學的未來感到擔憂。7 月 2 日，一枚長征五號運載火箭在發射一顆通訊衛星時失敗，引發了人們對即將到來的月球任務的擔憂，該任務將使用類似的運載工具。更廣泛的問題籠罩著前景。“國際和國內的挑戰都非常嚴峻，”中國科學院國家天文臺副臺長、中國探月工程高階科學顧問李春來表示。中國經常在國際合作中被邊緣化，近年來，由於美國一項禁止美國宇航局與中國合作的法律，中國不得不與美國爭奪合作伙伴。在中國國內，政府尚未對空間科學進行戰略規劃，也未提供長期財政支援。“問題不在於中國做得有多好，”李春來說。“而是這種情況能持續多久。”
奔向月球
中國進入太空時代始於一首歌。1970 年，中國的第一顆衛星從近地軌道發射了愛國歌曲《東方紅》。但直到文化大革命於 1976 年結束後，中國才在建立強大的太空存在方面取得了 серьезный 進展。第一個重要的里程碑出現在 1999 年，當時發射了神舟一號，這是一艘無人駕駛的測試艙，標誌著中國載人航天計劃的開始。從那時起，中國取得了一系列成就，包括將中國宇航員送入軌道，以及發射了兩個空間實驗室。
“中國的航天計劃在短時間內取得了巨大的進步，”美國國家科學、工程和醫學院在華盛頓特區負責航空航天和空間科學委員會的邁克爾·莫洛尼 (Michael Moloney) 說。科學已逐漸成為中國國家航天局 (CNSA) 和中國載人航天機構 (CMSA) 執行的任務中越來越重要的一部分。中國國家航天局負責月球和行星探測，中國載人航天機構則負責載人航天計劃。例如，中國最新的空間實驗室 天宮二號 就搭載了許多科學有效載荷，包括一個先進的原子鐘和一個價值 340 萬美元的探測器 POLAR，用於研究 γ 射線暴——來自坍縮恆星和其他來源的高能輻射爆發。
中國最初的探月任務——分別於 2007 年和 2010 年發射的軌道飛行器——更多的是工程演示，而不是科學任務，但這種情況隨著第一個著陸器 嫦娥三號 而改變。該任務使中國成為第三個實現在月球軟著陸的國家。更重要的是，嫦娥三號 著陸在一個從未被近距離研究過的區域。雷達測量和地球化學分析揭示了複雜的火山噴發歷史，這些噴發可能發生在 20 億年前1。“它確實幫助彌合了我們對月球過去和深層結構的理解差距，”研究負責人、中國地質大學（武漢）行星地質學家肖龍說。
這些成果引起了其他國家行星科學家的關注。“迫切需要確定月球最年輕火山作用的精確年齡和成分，”羅德島州普羅維登斯布朗大學行星探測專家詹姆斯·海德 (James Head) 說。這可能很快就會實現。最早在 12 月，嫦娥五號 探測器將發射執行一項任務，從呂姆克山 (Mons Rümker) 附近區域帶回樣本，該區域已知蘊藏著比阿波羅登月地點獲得的火山岩年輕得多的火山岩。“這將是對月球科學的絕佳補充，”海德說。
五年
中國空間科學的蓬勃發展部分歸功於中國科學院的努力，該院在 2000 年代努力說服中國政府提高其任務的科學影響力。科學院的努力最終得到了資金的回報：空間科學戰略先導專項於 2011 年啟動，為四顆科學衛星的研製提供了 5.1 億美元的資金。
其中一項已取得早期成果並引起全球關注的任務是耗資 1 億美元的 空間尺度量子實驗 (QUESS) 任務。該航天器於 2016 年 8 月發射，一直在測試一種名為量子糾纏的奇特現象，在這種現象中，粒子的量子態相互關聯，即使粒子相距遙遠。上個月，QUESS 團隊報告稱，他們已使用該衛星將一對糾纏光子束射向相距 1200 公里的兩個地面站2——遠遠超過了之前 144 公里的紀錄（參考文獻 3）。
該團隊還在使用該衛星測試在維也納附近的格拉茨和北京之間建立量子通訊通道的可能性。目的是透過使用以光子狀態編碼的金鑰對其進行加密來安全地傳輸資訊。“如果成功，全球量子通訊網路將不再是科幻小說，”中國科學院大學（合肥）物理學家、該任務的首席科學家潘建偉說。
研究人員還對耗資 3 億美元的 暗物質粒子探測器 (DAMPE) 寄予厚望。日內瓦大學（瑞士）天體物理學家、該任務的共同首席科學家馬丁·波爾 (Martin Pohl) 說，該探測器於 2015 年發射，是用於探測高能宇宙射線的最先進裝置。
波爾說，DAMPE 的資料可能有助於確定國際空間站上的阿爾法磁譜儀 (AMS) 檢測到的高能電子和正電子丰度的驚人模式是來自暗物質，還是來自脈衝星等天文來源。波爾也在 AMS 專案中工作。波爾說，由於 DAMPE 對高能粒子比 AMS 更敏感，因此它“將做出重大貢獻”。
人人享有科學
暗物質和量子任務在科學院的空間科學資助到期前不久發射。包括吳季在內的科學家不得不為持續支援而戰。中國政府近來優先考慮應用研究，經過 2016 年大部分時間的 интенсивное 遊說，研究人員才說服政府在未來五年內為科學院額外撥款 7.3 億美元用於空間科學。“這並非沒有經過一番鬥爭，”吳季說。“但我們還是設法成功了。”
始於今年的新計劃資助了許多計劃在 2020 年代發射的任務，包括中國的第一個太陽探測任務和一個研究地球水迴圈的遙感航天器。
中國國家航天局和中國載人航天機構也在 стремительно 加大其空間科學工作力度。一個令人興奮的專案是由中國國家航天局牽頭、耗資 4.4 億美元的 X 射線望遠鏡，稱為 增強型 X 射線時變和偏振測量 (eXTP)。該任務計劃於 2025 年發射，部分由歐洲合作伙伴資助，並有來自 20 個國家的數百名科學家參與。它的設計目的是研究只有在太空中才能找到的極端密度、引力和磁場條件下的物質——例如在中子星內部或黑洞周圍。
該衛星最創新的方面是其能夠同時高精度地測量 X 射線訊號的時序、能量分佈和偏振，這將為了解各種 X 射線源提供有價值的見解，共同首席科學家、羅馬空間天體物理學和行星學研究所的天體物理學家馬可·費羅奇 (Marco Feroci) 說。eXTP 還將攜帶一個廣角望遠鏡來搜尋不尋常的瞬變訊號。“一旦它發現一個潛在的有趣來源，所有其他儀器都會放大到那個方向，”中國科學院高能物理研究所（北京）天體物理學家、該任務的負責人張雙南說。“它是 X 射線天文學的終極武器。”
中國載人航天機構領導的專案也在取得進展。其中一個是暗物質探測器，其靈敏度是 DAMPE 的 15 倍；它將安裝在中國計劃於 2022 年完成的永久性空間站上。還有計劃建造一個價值 7.3 億美元的光學望遠鏡，在空間站附近軌道上執行。中國科學院空間應用工程與技術中心（北京）物理學家、中國載人航天機構高階科學顧問顧逸東說，該望遠鏡的視場是哈勃望遠鏡的 300 倍，它將產生可能非常適合研究暗物質和暗能量以及搜尋系外行星的巡天資料。
國際聯絡
這些專案表明，中國科學院與中國其他參與航天的機構之間的合作正在加強。類似的合作精神也反映在國外。沃納說，中國的航天計劃“變得越來越自信和外向”。過去，公告只有在任務成功後才會釋出；現在，中國 регулярно 直播發射過程。中國科學家也越來越多地與他們的國際同行接觸，透過小規模的夥伴關係建立聯絡。
大多數由中國科學院主導的大型任務都有歐洲合作伙伴，合作由雙方的研究人員發起。但歐空局希望與這個正在崛起的航天大國建立高級別合作。2015 年初，歐空局和中國科學院釋出了空間科學任務提案徵集。他們選擇了一個名為 太陽風-磁層-電離層鏈路探測器 (SMILE) 的專案，該專案將由雙方共同領導，並各自出資 5300 萬美元。“各機構在開發的每個階段都密切合作，”吳季說。
歐空局和中國十多年前曾在一個名為 雙星 的專案中合作研究磁暴，但那是一個由中國主導的任務。透過 SMILE，各機構正在測試一種新的、更密切的合作模式。“這關係到建立信任和橋樑，以便我們能夠更好地相互理解，”歐空局戰略規劃和協調負責人法比奧·法瓦塔 (Fabio Favata) 說。“希望這將為未來更大規模的合作鋪平道路。”
在中國當前的合作伙伴名單中，一個值得注意的缺席國家是美國。過去，中國為美國宇航局的任務貢獻了關鍵部件。但美國宇航局現在被 2011 年透過的一項美國法律禁止進行此類合作，因此中國被排除在國際空間站的參與之外。國際空間站上有一個美國、中國和許多其他國家早期合作的成果——AMS。
美國宇航局和中國機構的代表仍然 regelmäßig 互訪。但在不可能進行 официальное 合作的情況下，可能會出現一些不可避免的重複工作。今年 3 月，STROBE-X（寬頻能量 X 射線光譜定時分辨天文臺）——一個類似於中國 eXTP 任務的專案——被美國宇航局選中進行進一步研究。STROBE-X 可能會在 2030 年發射，比 eXTP 晚五年左右。“同時擁有兩個非常相似的任務並不理想，”美國宇航局馬歇爾太空飛行中心（阿拉巴馬州亨茨維爾）天體物理學家、STROBE-X 團隊成員科琳·威爾遜-霍奇 (Colleen Wilson-Hodge) 說。“我希望我們能夠找到一種合作方式，而不是相互競爭。”
向前邁進
然而，對於中國空間科學家來說，主要的挑戰是說服本國政府長期投資的必要性。包括 eXTP 在內的幾項天體物理任務的負責人張雙南將這種情況稱為“一種 постоянное 的朝不保夕”狀態，字面意思是“不知道下一頓飯從哪裡來”。“我們將在未來五年內安全無虞，”他說。“但沒有人知道之後會發生什麼。”
工程和探索壯舉仍然優先於科學。例如，中國空間站的預算為 145 億美元。但即使中國國家主席習近平表示，空間站將成為中國的國家太空實驗室，也沒有專門的資金用於開發其科學有效載荷。空間站可能會像 天宮二號 那樣支援科學，為各種實驗提供電力和通訊。但張雙南也表示，還存在“房子沒有傢俱”的危險。
在中國龐大的國家空間科學中心，傢俱是新的，空氣中仍然瀰漫著新油漆的味道。在獲得了下一輪資金後，吳季放鬆地坐到辦公桌後的大型皮椅上。他承認體制上的缺陷，但對未來持樂觀態度。“到目前為止，一切都很好，”他一邊說，一邊瞥了一眼他書架上排列的衛星模型。“我們不能指望事情在一夜之間改變。”
本文經許可轉載，並於首次發表於 2017 年 7 月 27 日。