我國空間科學衛星任務是怎樣開展國際合作的丨以中科院空間科學先導專項為例

本文節選自《中國科學院院刊》2020年第8期《我國空間科學衛星任務國際合作管理實踐與思考——以中國科學院空間科學戰略性先導科技專項為例》

王 赤* 李 超 孫麗琳

中國科學院國家空間科學中心

國際合作是空間科學發展的客觀需要，也是我國走近世界空間科學舞臺中央的必由之路。

探索浩瀚宇宙，和平利用太空，是全人類的共同夢想。隨著各國經濟的發展和技術的長足進步，參與空間科學探測的國家逐漸增多，空間科學探測的深度和廣度不斷擴大，已進入全面發展的新時代，趨向多元化，國際合作已成為空間科學探測領域的重要特點和趨勢。

1997 年 10 月發射的「卡西尼-惠更斯」土星探測器，由美國國家航空航天局（NASA）、歐洲空間局（ESA）和義大利空間局聯合實施，全球 27 個國家的 5 000 餘名科學家和工程師參與該項探測計劃，是人類進入空間時代以來最激動人心的大型國際合作課題之一，並產出了重大成果；

NASA 與 ESA 聯合實施的哈勃太空望遠鏡（HST）、中國航天局與 ESA 聯合實施的「地球空間雙星探測計劃」（以下簡稱「雙星計劃」），以及「雙星計劃」與「星簇計劃」（Cluster）協同開展的「六點聯合探測」等均取得了重大成果。

空間科學研究的問題大多是全人類共同面臨和關注的共性問題，其學科特點及科學發現、經費投入和科學產出需求決定了國際合作是空間科學發展的客觀需要，也是我國走近世界空間科學舞臺中央的必由之路。

中國科學院空間科學戰略性先導科技專項（以下簡稱「空間科學先導專項」）使我國空間科學任務第一次有了系統性的支持計劃，其中的每項任務都包含了重要的國際合作元素。

作為空間科學先導專項及其科學衛星系列任務的總體依託單位（以下簡稱「專項總體」），中科院國家空間科學中心（以下簡稱「空間中心」）在重大任務國際合作方面積累了寶貴經驗。

1 我國空間科學衛星任務開展了全面、廣泛、全方位、多層次的國際合作

空間科學衛星任務國際合作的全面性體現在 9 項衛星任務均包含重要國際合作元素。

廣泛性體現在不僅與 ESA 及歐洲的義大利、德國、英國、奧地利、瑞士、法國、西班牙等國家開展合作，同時與美國、俄羅斯、加拿大、澳大利亞、日本、新加坡等國家開展合作。

全方位體現在衛星任務全生命周期（從戰略規劃、預先研究、背景型號、立項論證與工程研製，直至在軌運行、科學產出）都有合作。

多層次體現在合作涉及載荷層（研製、定標）、研究/實驗層和整個任務層（從任務策劃、提出、研製、發射、運行到科學產出的深度合作）等多個層次（表 1）。

2 我國空間科學衛星任務國際合作的管理實踐

空間科學先導專項通過建立雙邊戰略研討機制，共建國際研究機構，促進國際交流與實質性合作，深化任務的國際論證，確保任務科學目標的原創性和重大性。

對於載荷層和研究層合作，通過載荷研製團隊定期協調機制推進工程研製，通過科學團隊「載荷科學家」模式促進成果產出；對於任務層深度合作，通過工程團隊推進工程研製，通過科學團隊「項目雙首席科學家」模式促進產出最大化。

建立雙邊戰略研討機制，促進國際交流與實質性合作

1 與世界主要航天組織和國家建立雙邊研討機制，孕育重大合作

1.與 ESA 建立每年一次的常態化雙邊研討機制，為中歐雙方科學家在空間科學領域的交流提供良好平臺。該平臺直接催化了中歐空間科學聯合衛星任務 SMILE 等的合作；目前，中歐雙方均有興趣在空間引力波探測領域探討合作的可能。

2.與瑞士、義大利、法國、巴西、葡萄牙等國建立雙邊研討機制，加強雙方在空間科學領域開展實質性合作，達成初步合作意願及共識。

3.與俄羅斯建立雙邊研討機制，擬在空間科學衛星任務設計、儀器研發、載荷搭載、儀器定標、科學數據分析等方面開展全面合作。

4.與亞洲國家每 2 年召開 1 次微重力科學研討會，促進中國與日本、韓國和印度等國在微重力科學與應用研究領域的交流和合作。

2 與美國科學家保持溝通交流，開拓合作新渠道

中國和美國在官方層面的空間合作雖尚未開展，但科學家層面的溝通交流從未間斷。中科院與美國科學院共同發起的「中美空間科學青年領軍人物論壇」每年召開 1 次，至 2019 年底已召開了10 屆。該論壇就空間物理和空間天文領域的科學前沿問題進行研討，為中美優秀青年科學家搭建交流平臺，開拓中美空間科學領域合作的新渠道。

3 充分利用國際交流平臺，發出中國聲音

國際空間研究委員會（COSPAR）是國際上空間研究領域的最高學術組織。自1993 年中國正式成為該組織成員以來，中國科學家在 COSPAR 中扮演越來越重要的角色，並且更多地參與空間科學與探測的國際合作和協調活動。

空間科學先導專項（一期）負責人吳季研究員為 COSPAR 委員會副主席（2010 年 7 月—2018 年 7 月），空間科學先導專項（二期）負責人王赤院士為 COSPAR 委員會執行局委員（2018 年 7 月至今）；此外，空間中心是 COSPAR 中國委員會（CNCOSPAR）的掛靠單位。

專項總體充分利用 COSPAR 這一重要平臺，促進中國空間科學界與世界科學團體在衛星和空間探測器研究方面的交流與合作，推進中國空間科學事業的跨越發展。

共建國際空間科學研究機構，深化國際論證，確保科學目標的原創性和重大性

1 共建國際空間科學研究所北京分部，為空間科學戰略規劃和前瞻布局打下良好基礎

空間中心與位於瑞士伯爾尼的國際空間科學研究所（ISSI）共建國際空間科學研究所北京分部（ISSI-BJ）。ISSI-BJ 是 ISSI 目前設立的唯一分支機構，與 ISSI 共享相同的國際空間科學委員會資源、相同的研究工具，與國際空間科學界保持緊密聯繫。ISSI-BJ 為中國空間科學領域開展國際化水平研究提供了重要平臺，成為中國空間科學界了解國際最新科學前沿，以及國際空間科學界了解中國空間科學發展的重要窗口，為空間科學戰略規劃和前瞻布局打下良好基礎。

ISSI-BJ 吸引了國際空間科學界廣泛參與，各國科學家通過國際論壇、研討會、專題會議、工作組和科學團隊等形式並肩合作，研究和解決新的科學問題，設計未來的科學任務，實現激動人心的設想。自 2013 年 7 月成立以來至 2019 年底，ISSI-BJ 組織召開了 20 次國際論壇，吸引了 38 個國際合作團隊，來自世界 50 多個國家的科學家在此合作進行空間科學研究。

2 深化預先研究和背景型號任務國際論證，確保科學目標的原創性和重大性

ISSI-BJ 針對空間科學預先研究、背景型號任務組織國際論壇，邀請國際相關領域活躍在科學研究前沿的科學家對候選計劃的科學目標、技術需求和國際合作前景進行研討和國際諮詢論證，聽取國際空間科學界的意見和建議，進一步凝練科學目標，提升任務目標的原創性和重大性。

ISSI-BJ 開展了空間科學不同學科領域、不同專題的研討工作，在空間科學領域發展規劃、任務概念與關鍵技術、科學探測儀器優選，以及科學數據與應用等方面取得重要成果。正在實施的 ASO-S、EP 和 SMILE 衛星任務在背景型號階段均經過了 ISSI-BJ 組織的國際諮詢論證。

對於載荷層和研究層合作，通過載荷研製團隊定期協調機制推進工程研製，通過科學團隊「載荷科學家」模式促進成果產出

1 聯合成立載荷研製團隊，通過定期協調機制推進工程研製

1. 對 EP 衛星後隨 X 射線望遠鏡（FXT）載荷合作研製的管理。中科院、ESA、德國馬普地外物理研究所（MPE）聯合成立載荷研製團隊，三方通過聯合籤署合作協議、共同參與合作載荷的重要節點評審、定期召開三方工作會等，推進載荷研製。

2. 「悟空」衛星矽陣列探測器（STK）載荷合作研製的管理。因合作任務在方案階段後期才開始，初樣階段將 STK 納入了「短線」項目管理，實時掌握工程進度，要求合作方按照工程進度開展研製工作。正樣階段，在 2015 年 1—3 月，中國、瑞士、義大利每周召開三方視頻會議，掌握細節，並根據進度需要，決定將 STK 正樣環境試驗全部在中國完成；督促載荷任務總體單位加強人力物力保證，確保 STK 按時回國完成正樣產品交付；提前籌劃 STK 進出關相關事宜。

2 聯合成立科學團隊，實行「載荷科學家」模式，促進成果產出

1. 「悟空」 「實踐十號」、EP和 ASO-S 衛星等，由合作各方聯合成立科學團隊，負責探測數據的分析研究和成果產出。科學團隊定期組織會議，交流研討各自研究進展，以促進成果產出。例如，由中國、瑞士、義大利三國的科學家組成的「悟空」科學團隊正在努力分析數據，希望能夠早日發現暗物質的蹤跡中。

2. 針對合作研製的載荷，實行「載荷科學家」模式。經費和人力投入比重較大的一方設立「載荷科學家」（載荷 PI），另一方則設立「載荷共同科學家」（載荷 Co-PI）。載荷 PI 相當於項目首席科學家助理，起到科學家與工程技術人員之間的橋梁紐帶作用，在有效載荷設計上實現科學家的思想，並協調載荷研製團隊開展產品研製；與載荷研製單位共同開展有效載荷系統頂層設計，深度參與載荷研製、測試及在軌運行；促進科學與技術的有機融合和成果產出。

對於任務層深度合作，通過工程團隊推進工程研製，通過科學工作隊「項目雙首席科學家」模式促進產出最大化

1 聯合成立任務指導委員會，指導雙方工程團隊推進工程研製

雙方聯合成立任務指導委員會，作為任務最高決策機構。任務指導委員會由兩國政府機構代表、研究所管理機構代表組成，主要負責協調、監督工程重大管理和經費事項，對工程關鍵節點進行評審，並對任務進行指導。

此外，雙方分別成立工程團隊和載荷研製團隊，按照各自的航天規範完成各自任務的研製和管理。雙方分別設立項目經理，負責推動工程實施和執行，並作為雙方項目層面的對接聯繫人。在項目經理層解決不了的問題，可提交至聯合指導委員會解決。

例如，在 SMILE 任務中，通過聯合組織重大會議、聯合開展「裡程碑」節點評審、定期舉行工程聯合會議（每年 2 次）等機制，並充分利用雙周視頻協調會機制，保證中歐雙方之間溝通順暢、協調及時、信息暢通，有效解決雙方研製中可能存在的問題。

2 聯合成立科學工作隊，實行「項目雙首席科學家」模式，促進產出最大化

雙方聯合成立科學工作隊，在中歐雙方的貢獻大致均等的情況下（如SMILE 任務），雙方分別設置項目首席科學家崗位，實行「項目雙首席科學家」模式。

首席科學家負責科學目標相關事宜，解決科學問題，開展學術交流，實現任務科學性能的最大化。項目首席科學家不僅是科學目標的提出者，而且是後續科學研究的實踐者和組織者，對科學任務的成敗具有決定性的作用。

首席科學家在立項論證階段，牽頭組織設立科學目標和有效載荷配置；在工程實施階段，對影響科學性能的技術事務提出建議，監視實施狀態、儀器運行準備情況，以及數據處理基礎設施情況；在運行和應用階段，牽頭組織科學數據分析和應用，協調科學團隊，發揮群體作用，確保重大科學產出。

科學工作隊代表雙方的科學團隊，由項目首席科學家聯合主持科學工作隊並協調科學團隊的活動。科學工作隊中包括載荷 PI、載荷 Co-PI，並建立模型工作組、數據格式工作組和載荷定標工作組等。

模型工作組開展相關模型研究，為後續科學數據應用做好前期理論工作；數據格式工作組和載荷定標工作組，對載荷各級數據產品的數據格式進行統一，關注載荷實驗室定標以及在軌定標，實現科學數據定量化。科學工作隊和各工作組定期組織聯合大會，交流研討各自工作進展，促進產出最大化。

3 關於我國空間科學衛星任務國際合作的思考和建議

空間科學衛星任務開展了全面、廣泛、全方位、多層次的實質性國際合作，表明我國空間科學實力得到國際社會的廣泛認可，提升了我國在國際空間界的地位和話語權；同時，通過引入具有先進水平的科學載荷，提高了空間科學探測的能力。

但是，由於國內外管理鏈條拉長，技術、質量、進度的不確定因素顯著增加，導致項目技術和管理的複雜性增加，對任務實施和決策帶來挑戰。為了確保國際合作項目成功和重大成果產出，針對國際政治、經濟、文化等領域事關成敗的常見問題，提出 5 個方面的對策建議。

針對國際政治形勢的影響，抓住機遇，重視風險，打造備胎

21 世紀初，中國的國際空間合作面臨的挑戰和機遇並存。中國作為崛起中的太空大國有能力也有需要進行國際合作。2000 年《中國的航天》白皮書明確表明中國航天在新世紀將積極開展國際合作，在平等互利、取長補短、共同發展的基礎上，和平開發和利用空間資源，為人類謀取福利。

與 ESA「雙星計劃」合作的成功，讓中國在國際空間科學領域有了一席之地，展示了中國的實力和水平，堅定了中歐空間合作的信心和決心。之後，中國月球探測任務的實施，中歐雙方開展了緊密合作。

然而，意識形態、國際關係仍然是影響國際合作的重要因素。1999 年，美國拋出的《考克斯報告》認為中國空間事業的進步「竊取」了美國的航空航天技術。此後，中美雙方基本沒有空間領域實質性的合作。特別是近幾年來，美國基於一貫的霸權思維，認為中國的太空進步給美國國家安全帶來了挑戰與威脅，在中美雙邊及多邊組織中封堵中國，使中國與其他西方國家的合作也面臨嚴峻挑戰。

針對國際政治形勢的影響，我們應繼續堅持創新發展，提高自主創新能力，在平等互利、和平利用、共同發展原則基礎上，多方位拓展國際交流與合作。

在空間科學方面，應當考慮：

1.加強與包括俄羅斯在內的歐洲國家或組織的交流和合作。

2.對美國及其盟友國家，可在科學研究或科學實驗方面積極推進與其科學家、科研機構或社會團體等民間渠道的交流和合作。

3.對已開展的國際合作衛星任務，明確提出不使用《國際武器貿易條例》（ITAR）清單中的元器件。此外，在積極推動國際合作的同時，中方需做好關鍵領域核心技術的國內積累與準備，提升國內相關產品的研發能力，必要時開放合作和自主研發「兩條腿走路」，打造備胎，避免影響工程進度和成功。

4.加強與發展中國家的交流和合作。

針對國際經濟形勢的影響，充分評估風險，探索可行途徑

受國際經濟形勢的影響，國際合作任務能否立項及立項後能否順利實施等具有較大的不確定性，應充分評估風險的可承受性。

目前，空間科學先導專項（一期）的重大國際合作項目「夸父計劃」由於國外的財政緊縮和財政危機等國際金融形勢的變化，一直未能落實國際合作經費渠道和合作夥伴，仍處於「暫緩執行」狀態。遇到類似情況時，如何在不改變當初確定的科學目標的前提下繼續堅持實施，仍需各方探索可行的途徑。

針對體制、機制、文化、語言等差異問題，增強相互理解和信任

每個國家都有自己獨特的意識形態，航天工程研製的理念、對待工作和生活的態度都有重大的差異。

中國航天的一些傳統做法（如火箭發射段建立衛星工程參數返回通道等），歐方覺得沒有必要；歐方在從科學目標到任務需求方面有嚴格的論證和非常具體的技術指標要求，而中方在這些方面要求的規範性和科學性有待加強；中方科研人員為趕工程進度加班加點是常事，而歐方科研人員則更注重家庭和生活，很少加班趕進度；對於工程餘量的掌握，雙方也有分歧。

越是有差異，有分歧，就越要公開透明，開誠布公，換位思考；此外，還要提高英語交流能力，準確表達和溝通，消除顧慮和障礙，增進相互理解和信任，這是確保國際合作成功的基石。

針對合作雙方研製流程不統一問題，加強進度風險管控

例如，在 SMILE 任務中，歐方的研製流程採用歐方標準進行，其與中方常規的研製流程存在較大差異。雙方在試驗、測試的計劃流程及技術狀態確定時間上存在不對等，導致整體研製進度存在風險。

建議做好 3 點防控：

1.就雙方研製流程的差異，針對性地設計整星的技術流程和計劃流程，梳理出關鍵節點，並經中歐雙方確認。研製過程中，雙方按照關鍵節點控制各自的研製進度。

2.形成系統的計劃流程體系，對影響進度的風險成立風險管理小組，制定專題計劃，作為關鍵「短線」項目進行控制，實施「短線」管理。

3.建立並嚴格執行定期調度會制度，隨時了解、協調研製過程中的問題。若出現對實施計劃的重大影響，必須報告對方並及時解決，確保研製進度。

針對雙方接口匹配問題，及時溝通協調並做好文件控制

國際合作任務涉及多國之間的溝通協調，文件翻譯和語言障礙可能會導致各類問題的發生。例如，2019 年 7 月13日，俄羅斯和德國聯合研製的「光譜-倫琴-伽馬」（Spektr-RG）衛星成功發射，但在任務研製過程中，曾由於溝通協調不暢，導致控制軟體和無線電系統與儀器的不匹配並致使測試工作停滯，影響了研製周期和成本。

中國空間科學衛星任務同樣涉及與多個國家和組織的合作，接口管理複雜。尤其是 SMILE 任務，接口涉及衛星與運載、衛星與地面段（發射場系統、地面支撐系統、測控系統、科學應用系統）、地面段內部各系統之間、衛星平臺和載荷艙、載荷艙和載荷之間等各種接口。

為了確保彼此接口的匹配，需做好 3 點：

1.聯合制定、細化、籤署並實施接口文件，明確任務基線和任務接口，固化技術條件、試驗流程等，確保雙方界面完整、明晰。

2.確保接口控制、安裝集成測試及飛行試驗文件等翻譯及時準確，尤其是文件變更時，務必雙方同步更新並做好版本控制。

3.保持雙方溝通密切順暢，實時關注對方研製進度和接口變化。

4 結語

探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢想，空間科學是自主發展和開放合作的有機結合體，是重要的國際合作領域。中國國家友誼獎獲得者 Roger M. Bonnet曾指出，「國際合作對空間科學的作用是怎麼強調都不過分的，對空間科學是絕對必要的」。

通過國際合作，可吸納國際力量，拓展研究領域，豐富研究內容，提升自主研發能力，提升我國在空間科學領域的國際地位和話語權，推動空間科學事業的發展。

中國空間科學技術雖取得了長足進步，但與世界主要航天大國還有較大差距，仍需繼續加強國際合作，取長補短，互利共贏，促進中國空間科學事業的長期可持續發展，促進人類更好地攜手探索和利用太空。

中國科學院空間科學戰略性先導科技專項

總目標：在最具優勢和最具重大科學發現潛力的科學熱點領域，通過實施自主和國際合作科學衛星計劃，實現科學上的重大創新突破，帶動相關高技術的跨越式發展，發揮空間科學在國家發展中的重要戰略作用。

該專項瞄準宇宙和生命起源與演化、太陽系與人類關係兩大重要科學前沿，部署實施的暗物質粒子探測衛星（「悟空」）、實踐十號返回式科學實驗衛星（「實踐十號」）、量子科學實驗衛星（「墨子」）、硬 X 射線調製望遠鏡衛星（「慧眼」）和微重力技術實驗衛星（「太極一號」）任務已「五發五捷」，並已產出重大科學成果；正在實施的引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星（GECAM）、先進天基太陽天文臺衛星（ASO-S）、愛因斯坦探針衛星（EP）和太陽風—磁層相互作用全景成像衛星（SMILE）等任務進展順利；而這些任務中都包含了重要的國際合作元素。

王 赤 中國科學院院士。中國科學院國家空間科學中心主任、研究員、博士生導師。中國科學院空間科學（二期）戰略性先導科技專項負責人，SMILE衛星任務首席科學家兼工程副總指揮。主要從事空間物理和空間天氣研究。

文章源自：王赤, 李超, 孫麗琳. 我國空間科學衛星任務國際合作管理實踐與思考——以中國科學院空間科學戰略性先導科技專項為例. 中國科學院院刊, 2020, 35(8): 1032-1040.