吉广在线为厘清基本概念、促进事业发展，范全林等人在2020年《科技导报》第17期刊发了《关于空间科学概念的若干考证》一文，在追根溯源、国际对照研究基础上，考证了空间科学概念，指出地球物理学和天文学是最早进入空间开展研究的自然科学；空间科学在中国学科专业目录和国家学科分类标准中，虽不是独立的门类，但下属的学科领域均属母学科的重大前沿，使得母学科得到前所未有的发展。

　　辨析了空间科学与空间技术和应用、空间科学与天文学、日球层顶与太阳系边界、空间科学与深空探测、科学卫星与业务卫星、空间科学任务以及有效载荷技术等概念的内涵，呼吁各界重视和支持空间科学，加快发展空间科学卫星系列，使空间科学成为开放型的研究体系和学科群，可为相关战略规划、学科研究、项目申请和科学传播提供参考。

　　国际空间研究委员会（COSPAR）、国际宇航科学院（IAA）、国际宇航联合会（IAF）和国际天文联合会（IAU），以及美国地球物理学会（AGU）和欧洲地球科学学会（EGU）等都是比较重要的国际空间科学学术组织。

　　此外，还有联合国和平利用外太空委员会（COPUOS）和联合国教科文组织（UNESCO）的相关工作也与空间科学有关（表3）。

　　COSPAR组建于1958 年，旨在通过开展国际合作，以推动对外太空的研究、探索以及和平利用。它下设8 个科学委员会，各个委员会再下设分委会。此外，COSPAR还成立包括空间环境特殊效应、辐射带环境模拟、空间天气，行星保护、空间探索、恒星际研究，以及科学气球技术等在内的10个工作组，研究制定特定空间科学主题的发展路线图。其出版物包括同行评议的两个科学期刊《Advances in Space Research》和《Life Sciences in Space Research》，以及每年出版3次的信息公告板《Space Research Today》。

　　IAA下设6个委员会中，包括2个科学委员会，即物理科学委员会和生命科学委员会。

　　IAF的技术委员会（2018—2021年）下设的24个委员会中，有4个为科学委员会，其中的空间探索委员会负责机器人/卫星任务和载人航天任务，特别是太阳系探索的研究。

　　IAU的科学机构下设9个分部和35个委员会，其中与空间科学相关的分部主要涉及太阳和日球层、行星系统和地外生命等7个分部；与空间科学相关的委员会主要包括太阳活动、系外行星和太阳系、地外生命等逾25个委员会。

　　COPUOS下设两个机构：科学技术分委会和法律分委会。其中科学技术分委会对空间活动的科学和技术事项进行讨论，主题包括空间天气、近地天体、利用空间技术服务于社会经济发展或支持灾难管理、全球导航卫星系统以及外太空活动的长期可持续发展。

　　UNESCO主要通过国际科学计划开展科学活动，相关基础科学计划的交叉领域可能涉及空间科学。

　　EGU是欧洲地球科学、行星科学和空间科学研究领域的顶级学术组织，下设22个科学分会，如行星和太阳系科学、日地科学等。

　　综合国内外学科专业目录及任务分类，可以看出，中国的空间科学诸领域分类与自身的发展水平，以及利用国外数据开展研究的水平密切相关。

　　一方面，从学科对比来看，中国的空间太阳物理和空间物理学，基本具有与国际相当的发展水平，与国际科学界的分类具有一定的可比性。空间生命科学则处于萌芽和成长阶段，加之分支众多，与国际分类的内涵存在较大不同。日球层物理学则反映了国际空间科学界从太阳、日地系统到将太阳-太阳系作为一个有机整体的空间物理学发展特征，也是美欧太阳、行星际科学探测实力的体现，激励人类离开地球摇篮、不止步于太阳系，更要继续向恒星际进发。

　　另一方面，从空间科技发展水平来看，美欧日更强调进入空间、利用航天器平台促进天文学与天体物理学、地球科学等传统学科的发展，相关分类凸显各自的优势领域，特别的日本的行星科学以小行星采样返回为突破点，无论从重大科学目标凝练还是航天技术实现都已经走在世界前列。

　　空间科学诸学科的派生来源、研究对象和发展历程不同，各自对航天技术的需求和推动作用亦有别，因此各界对空间科学的划分有不同描述，这是正常的；但也导致了不同维度划分交织的现象，不同背景的科研和管理人员对空间科学概念的理解存在差异，已影响对空间科学发展战略的共识，也对学科和事业发展乃至科学传播产生了不利影响。选取其中比较重要的几个概念予以考证和解读。

　　《中国的航天》白皮书（2000年版）指出中国的航天活动包括空间技术、空间应用、空间科学3个领域，第1次提出了中国“大航天”概念。

　　在国务院新闻办公室印发的这类文件中，航天事业被表述为国家整体发展战略的重要组成部分，与航空、船舶、核工业等相对应。

　　文件指出，空间技术即航天技术，是包括航天运输系统、空间基础设施、载人航天、深空探测、航天发射场、航天测控等在内的综合性工程技术体系；空间应用包括对地观测卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位以及航天技术成果转化应用，拓展面向行业、区域和公众服务的空间信息综合应用等；空间科学包括空间科学卫星、空间环境探测与预报、空间环境下的科学实验，以及相关有效载荷技术等。

　　三者密切联系、相互促进。显然，在政府和航天行业管理语境下，空间科学的概念仅为描述性表述，不涉及具体的学科，关注的是为前沿科学提供重要手段、支持基础研究取得有影响力成果、为航天器安全运行提供空间环境预报保障服务。

　　需要指出的是，空间科学尤需关注有效载荷技术，将研发创新纳入发展范畴一并考虑。

　　有效载荷是在轨直接遂行航天器最终使命的仪器、设备或试件，是决定航天器性质和功能的最重要分系统之一，常常成为航天器设计和研制的“瓶颈”所在。工欲善其事，必先利其器。空间科学发现新现象、探索新规律、挑战新极限的本性，对发展先导的、尖端的、颠覆性的有效载荷技术提出了强劲需求。

　　此外，科学卫星还逐渐形成了以有效载荷为中心的设计理念，突破了根据通用卫星平台型谱“就汤下面”配置有效载荷的传统，引领了卫星设计追求高有效载荷-平台质量比的发展方向。

　　基于航天器平台的空间观测已使人类能在全电磁波段开展天文学研究，空间天文学成为人类认识宇宙和自然的科技重器。但是我们丝毫不能忽视地基天文观测的重要作用。美国科学基金会（NSF）支持的丹尼尔·K·井上太阳望远镜（DKIST）拍摄到了迄今为止最高分辨率的太阳图像，中国的FAST射电望远镜持续搜寻和发现射电脉冲星……都说明地基可见光和射电天文领域依然葆有鲜活的生命力。

　　地面和空间天文观测的协同可为基础前沿科学研究带来巨大惊喜，例如Trappist-1系统就是由比利时科学家利用欧洲南方天文台（ESO）位于智利La Silla的60 cm望远镜最先发现，并由NASA的斯皮策空间望远镜等后随精细观测，天地一体化携手，发现了Trappist-1拥有7颗地球大小系外行星，并确认有3颗位于宜居带。

　　当前，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利的处女座天文台（Virgo）不断探测到引力波，打开了人类观测宇宙的新窗口。位于南极的中微子望远镜冰立方（IceCube）也探测到了自宇宙深处的高能中微子。

　　天文学家惊呼使用电磁波、宇宙线、引力波、中微子等的多信使天文学已经到来。包括中国在内，多个积极推进的空间引力波探测科学卫星任务将催生空间天文学的新方向。

　　中国空间物理界正在积极推动太阳系边际探测任务，计划在建国100周年，让中国的航天器飞抵100 AU（天文单位，1 AU 为日地平均距离1.5×1011 km）的深空。太阳系边际的概念有点儿生僻，但它其实有着明确的空间物理意义，即日球层顶。

　　太阳不断向外吹出高速等离子体带电粒子流，被称为太阳风，它能发生作用的最大范围被称作日球层。太阳风和恒星际介质“两军对垒”之处形成的日球层顶，是保护人类地球家园及太阳系其他成员不受银河宇宙射线潜在危害的第一道“防线”。

　　日球层并非对称的球形，在太阳运动方向的日球层最薄，约为80~150 AU，在太阳运动的反方向这一厚度估计会超过500 AU。

　　目前，美国的“旅行者1号”和2号卫星已分别在2012年8月和2018年11月先后从121 AU和120 AU处飞越日球层顶，进入恒星际空间。这也是美国倡导空间科学界使用日球层物理学概念的内在原因。

　　太阳系边界更具有天文学意义。如果根据万有引力定律把太阳引力束缚天体作日心圆周运动的最远边缘定义为太阳系边界，它约位于8~10万AU处，当然也有人把距太阳约15万AU或1光年的奥尔特星云为太阳系边界，依据也是对太阳引力控制范围的估算。

　　显然，“日球层顶”和“太阳系边界”的科学意义不同。人类探索太阳系疆界的事业远未结束，它被空间科学的伟大梦想召唤，值得一代又一代人接续探索。中国科学家的近期目标是100 AU，远期目标是希望到21世纪末能突破1000 AU飞行技术，飞抵太阳引力透镜焦点区域（~550 AU）附近，开展引力透镜效应观测等探索工作。

　　“深空”（deep space）源于对航天器轨道高度的分类，相对于绕地球运行（near space）的航天器而言，当航天器离开近地轨道、进入太阳系/行星际和宇宙空间，对地球以外天体（包括月球/卫星、行星、太阳、小行星和彗星等）或空间环境开展科学探测时，就引出了“深空探测”的概念。

　　显然，深空探测与空间科学的定义不在同一维度上，前者更隐含强调空间技术实现的挑战性。实际上，正是源于国际空间数据系统咨询委员会（CCSDS）对深空和近地航天器与地球测控站之间无线电通信特定频段划分，国际电信联盟（ITU）才在其核心管理文件《无线款中规定深空为距离地球大于或等于2.0×106 km的空间，该规定在1988年10月召开的世界无线电管理大会（WARC）ORB-88会议上通过，并从1990年3月16日起生效。随后，CCSDS在建议标准书中也将距离地球2.0×106 km以远的航天活动定义为B类任务，即深空任务；其他航天活动定义为A类任务。

　　中国航天界采用的仍是1988年以前《无线电规则》旧版本中关于深空的定义，将月球探测作为深空探测的起点。月球与深空探测工程作为国家科技重大专项，即将完成嫦娥任务的绕落回工程目标，并开启首次自主火星之旅，它牵引了重型运载火箭、深空测控、地外天体进入下降和着陆以及采样返回（EDL&A）等航天工程技术跨越式发展，也为开展月背低频射电天文观测、行星科学等空间科学研究提供了平台，缩小了中国与美欧的差距。

　　根据ITU的深空定义，NASA的日球层物理学和行星科学、ESA的太阳系探测、JAXA的行星科学大致属于深空任务，ESA的抵近太阳观测Solar Orbiter属于深空任务。美欧日的天体物理学和天文观测多数为地球轨道科学卫星，但也不乏采用地球拖尾环日运行的斯皮策空间望远镜、尤利西斯（Ulysses）太阳极轨等深空任务。需要指出的是，按ITU 定义，日地连线km）的多个日球层物理学任务（如SOHO卫星）、空间天文学任务（如Gaia卫星）不再属于深空任务。

　　空间科学以航天器为主要平台，通过空间探测和实验获取第一手科学数据，致力于实现基础科学研究重点突破。这里所说的航天器平台主要指科学卫星，以及载人飞船和空间站。

　　科学卫星是人造卫星的一员，强烈的科学驱动是最鲜明的特点。这也决定了遴选空间科学任务最为有效和重要的两条遴选标准：

　　1）科学目标的重大性（impact），即科学目标最好瞄准诺贝尔奖级别的重大成果；2）任务实施后对学科发展的带动性（involvement），即能带动数量众多的科学家参与任务的科学研究，并产出数量众多的高水平科学论文。

　　对于不同类型的科学卫星，遴选时这两个标准至少要满足其一，如果同时满足，则被遴选上的机会更大。能否实现既定的科学目标是航天器工程设计的最高要求，卫星发射升空远非空间科学任务结束的标志。

　　现阶段，载人飞船和空间站运行于低地球轨道，能提供低重力、空间环境等条件，是开展空间科学与应用研究的重要平台。国际空间站（ISS）是目前在轨运行的最大空间平台，可开展物理学、生物学与生物技术、技术开发与验证、人体研究、地球与空间科学6个领域的基础和应用研究，为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源，支持人在地球轨道长期驻留，预计2024年退役。中国载人航天工程将在2022年前后全面迈入空间站时代。

　　2019年10月，载人航天工程增设“空间科学首席专家”，这一重大改革彰显了中国加速发展空间科学应用的坚定自信，标志着工程技术管理和空间科学研究进入新的阶段。瞄准未来载人月球和火星任务，NASA提出美国将于2022年开始建设月球轨道空间站（LOP-G），中国科学家也提出了远距离逆行地月空间站（DRO）的设想。

　　需要指出的是，现代社会正常运转还依赖一大批业务卫星。中国航天已建成了气象、海洋、资源、北斗等10余个业务卫星系列，分属卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位3大系统，共同构成中国民用空间基础设施。以卫星遥感系统为例，它包括气象卫星（如风云四号）、海洋卫星（如海洋二号）、陆地卫星（如中巴地球资源卫星）3个系列，而电磁监测卫星（如张衡一号）属于陆地观测卫星中的地球物理场探测卫星。

　　与科学卫星不同，业务卫星立项的动机在于完成一项空间应用服务，如天气预报、灾害监测等，提供连续的数据服务、满足应用要求是航天器工程设计的要求。关于技术试验卫星（如通信技术试验卫星四号），顾名思义，是为了发展和验证新的有效载荷或平台技术的一类航天器。

　　科学卫星和业务卫星定位存在显著不同，不宜彼此取代。科学卫星以产出新知识为主，其发展出来的新原理、新技术可以成为业务卫星有效载荷的先导。业务卫星也可能为空间科学研究提供长期连续、定标准确的数据，对于地球科学研究中的全球变化等问题具有重要意义，但不应冠以科学任务的名义。“任务带学科、学科促任务”的中外空间科学学科萌芽、成长和发展实践也表明科学卫星不可替代。

　　简言之，空间科学属于基础科学研究，以航天器为主要手段；支持空间科学研究的专用卫星被称为科学卫星；空间科学任务指的是实现科学卫星（如悟空号暗物质粒子探测卫星）或搭载其他航天器平台的科学载荷（如天宫二号搭载的伽马暴偏振探测仪POLAR）从遴选、立项、研制、发射，到科学运行或实验、成果产出的全生命周期。

　　空间科学几乎涉及全部自然科学领域，是各大基础学科中的前沿方向或重要分支。这是空间科学学科发展面临的一把双刃剑。

　　一方面，空间科学在国家学科分类中不仅未自成门类，而且连独立的一级学科也不是。学位授予和人才培养学科目录中仅有“空间物理学”一个独立的二级学科，而在国家学科分类与代码国家标准中，列出了“空间天文学”和“空间物理学”两个二级学科。

　　这意味着在国家的学科体系中，空间科学诸学科的本质严重依赖母学科，尚未发展出相对独立的知识体系，无论科学家群体还是研究机构和教学单位，规模都较小，由中国空间科学学会、中国宇航学会出版的《空间科学学报》《宇航学报》的学术影响力也都亟待提升。

　　随着中国科学卫星系列的起步，载人航天工程、月球与深空探测工程等空间领域的重大专项日益强调原创科学突破和工程任务成功并重，空间科学学科迎来了开展重大原创研究和前沿交叉突破的契机。空间科学的学科发展空间令人期待。

　　例如，由太阳物理和空间物理基础研究与人类航天活动应用需求相结合而产生的新兴学科——空间天气学，国内外的研究都呈蓬勃发展之势。AGU为此新创办的期刊《Space Weather: The International Journal of Research and Applications》（《SWE》），影响力较高。中国空间物理学界有识之士也积极推动空间天气学的发展。

　　2006年7月，科学技术部批准新建空间天气学国家重点实验室；2006年，中国地球物理学会成立了空间天气专业委员会；2007年11月，中国气象学会成立了空间天气学委员会。2019年4月，国家自然科学基金委和中国科学院联合开展的研究成果《中国学科发展战略×空间科学》，将日地空间环境与空间天气列为未来10~15年本学科领域的优先发展方向。

　　此外，作为中国空间科学学会下属的二级学会，空间地球科学专委会于2018年5月经中国科协批准注册成立，并于当年11月召开首届学术研讨会，推动从空间视角认知地球系统在不同时空尺度上的发展演化规律。

　　随着中国月球和深空探测专项的实施，行星科学学科建设也在提速。2019年7月，国内27所高校强强联手成立“中国高校行星科学联盟”，共建中国行星科学人才培养体系，打造国际化期刊《Earth and Planetary Physics》，服务和引领未来深空探测计划。

　　空间科学集中反映了相关母学科中的新生长点和不同学科前沿的交叉集成，空间科学任务更是具有科学驱动、载荷技术与航天工程高度结合的特点，成为当今实现“从0到1”基础研究突破的最主要平台之一。人类进入太空时代以来，空间科学相关领域已诞生13项诺贝尔奖，美国获得了这些奖项的近3/4，奠定了第一航天强国的位置。中国已是有重要影响力的航天大国。“悟空”“墨子号”等连续出现在习新年贺词和党的十九大报告中，被赞誉为中国科学家开展世界级科学研究的重要物质技术基础。

　　科学发现只有第一，没有第二。考证空间科学概念，就是想通过点滴努力，呼吁各界重视空间科学学科建设，通过学科建设，培养一批高质量、复合型空间科学专业人才，不断形成新的理论体系和专门的实验方法，使之成为开放型的体系和学科群，进一步拓展航天器平台带给传统天文学、物理学、地球科学的变革和突破。

　　一方面，积极落实《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》，通过重点研发计划等渠道加强对空间科学新窗口、新领域、新热点等前沿研究，以及有效载荷科学探测新原理、新技术、高时/空分辨率，高灵敏度、轻小型化等技术攻关的超前部署。

　　另一方面，准确把握空间科学的内涵和外延，科学制定相关的战略规划和发展路线图，加快发展科学卫星系列，助力科学家在中国有基础、有优势的极端宇宙、时空涟漪、日地全景和宜居行星等当代最具挑战性的重大科学问题上取得原始创新突破，使之成为建成科技强国的重要标志。

　　[67] 李怡勇, 邵琼玲, 李小将. 航天器有效载荷[M]. 北京:国防工业出版社, 2013.

　　[79] 国防科工局国家航天局关于印发《月球与深空探测工程科学数据管理办法》的通知[EB/OL]. [2018-03-30].

　　[87] 中国标准化研究院, 中国科学与计划财务局. 中华人民共和国学科分类与代码国家标准（GB/T 13745-2009）[S]. 北京: 国家技术监督局，2009.

　　作者简介：范全林，中国科学院国家空间科学中心，正高级工程师，研究方向为空间科学政策、空间天气；白青江（共同第一作者），中国科学院国家空间科学中心，副研究员，研究方向为空间科学发展战略；时蓬（通信作者），副研究员，研究方向为空间科学任务规划论证、仿真分析。