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国家空间科学中心吴季主任发表Nature评论:如何最大化太空任务的回报?

时间:2017年11月24日 信息来源:自然 点击: 【字体:

原文以Maximize the impacts of space science为标题

发布在2017年11月20日的《自然》评论上

原文作者:中国科学院国家空间科学中心主任吴季 & 瑞士国际空间科学研究所Roger Bonnet教授

吴季和Roger Bonnet呼吁各国在开展国家和国际空间项目时,将研究性目标放在首位。

如今,越来越多的国家在太空开展科研或想要在太空开展科研。回顾过去10年,中国和印度加入俄罗斯、美国、欧洲和日本这些老牌队伍的行列。土耳其、韩国、沙特阿拉伯和阿联酋也都表示希望开展空间科学和深空探测。


自2007年以来,中国发射了两个月球探测器和一个登月飞行器,并计划在2019年再发射一个登月飞行器,将月岩带回地球。2014年,印度的火星轨道探测器到达火星。中国科学院和欧洲航天局(ESA)将在5年内联合发射太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)来研究地球磁层和太阳风之间的互作。

空间探索为何风靡全球?空间科学是基础研究和技术发展的引擎。不仅如此,它还能鼓舞大众,增强民族自豪感。不过,有时候目的上的差异会引起关系紧张。


在我们领导航天机构工作的几年里,我们在管理科学任务的过程中见证了各种沉浮兴衰。科学性目标有时会淹没在国家或地区太空项目的诸多现实和政治利益纠缠中。低效率的管理不仅增加成本,还会导致最终无法如愿产出科学突破。


在我们看来,要发挥空间科学项目的最大作用——就其对研究和声望的影响而言——政府机构应本着最大化科研产出的原则来选择、管理和评估太空任务。下周,全球各地的空间科学机构和研究单位的负责人将齐聚北京,讨论并确定最大化太空任务之回报的原则,我们呼吁将科学放在首位。


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让科学家成为领路人

大多数国家在空间科学上的平均预算不到GDP的0.02%。项目提案数量永远多于经费可支持的项目数量。


空间任务的新想法应该由科学家“自下而上”地提出,而不由政府当局“自上而下”地决定。最终用户是使用数据和公布结果的最佳人选。


比如,NASA中级探索者任务系列的卫星正是在科学家的主导下提出并开发出来的。它们是历史上的传奇。雨燕卫星从2004年起每年发现大约100个宇宙γ射线源。每年,根据其数据撰写而成的论文多达300篇,包括上个月发表的对一个引力波源产生的γ射线的首次测量。


如果让航天机构带头设计一项任务,科学家往往只关注搭载仪器。研究人员于是没有承担太多协调设备系统或与其他国际项目合作的责任,导致科研产出减少。在任务已经选定或进行详细规划后任命一位总负责人或许能增强领导力,但是也有模糊任务方向和削弱产出的风险。


尽管如此,科学家也不应该逾越自己的责任界限。若让研究人员而非政府分配预算,成本往往会扩大,以至于损害到其他任务的利益,破坏空间项目的总体平衡。

走向成功

任务提案应该分两步走。首先,航天机构管理人员和研究团体一起评估方案选项,在哪些科学前沿最有可能产生巨大突破上达成共识。然后,航天机构应发布一份正式的聚焦这些科学前沿的“机会公告”。


政府机构应该制定一项流程,让科学团体能够对空间科学最具前景的战略方向达成一致意见。以下是一些成功案例:美国国家科学院组织的十年调查;ESA的Horizon 2000和“宇宙愿景”20年计划;以及中科院国家空间科学中心组织的未来空间科学项目研究。它们都事先征求来自科研团体的意见并举办座谈会,就项目优先事项达成一致意见。通过这种方法确定的前沿领域有:美国的地外行星搜索,ESA的宇宙引力波测量和中国的暗物质探索。


 一旦收到提案,必须进行审核。相关机构应该任命拥有相关领域专业知识的空间科学家组建委员会,来评估这些提案。当科学家既是计划的提出者又是计划的评估者时,必须谨慎避免利益冲突。一个成立已久的大型团队拥有强势话语权,可能会淹没一个小型团队更有创意的点子。


应该根据两项标准来评估提案:影响力和人员参与。首先,评审员应该判断所涉任务是否将发现某重点科学前沿的新知识;是否将推动人类对于宇宙和自然的认知产生更广泛的突破;或者是否将会推翻、扩展或产生基础科学理论。其次,他们应该询问该任务是否会有大量的本国或国际科学团体人员参与,是否会促进学界发展并催生一批出版物。

评审和反思

最具有前景的任务应符合以上其中一项标准,能满足两项最好。举例来说,中科院的暗物质粒子探测卫星(DAMPE,又叫悟空号)由中科院与瑞士和意大利科学家合作研发,于2015年发射升空,目标是通过探测γ射线、电子和宇宙线离子来揭示暗物质的本质。ESA的Cluster II任务旨在监测地球磁层,有超过1,000名国际研究人员参与。4个航天器每个搭载11件仪器,研究人员对它们产生的数据进行分析。


最后,应再次根据当初的评选指标来评估任务的完成情况。管理人员应该评估任务是否产生了当初预期的突破,即使它仅仅催生了少量几篇高影响力论文。量子科学实验卫星(QUESS,又叫墨子号)在2016年发射,用于测试远距离量子加密和隐形传态技术。它已经被认为是一项成功的任务,因为有三篇关于它的论文发表在了《自然》和《科学》上。虽然合作是主要目标,但有时候较多的出版物亦能加分。比如,哈勃空间望远镜在过去27年里除了带来诸多突破,也促进产生了大约10,000篇论文。


科学家和机构应该培养更加紧密的关系,在制定管理策略时将科研放在首位。保证甄选和评估过程的公平公正,协调各方关系,是促使空间科学任务取得成功的最佳保障。 


(作者:佚名)
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