美国空间科学的发展及其启示

 剖析了美国空间科学战略规划的模式、科学计划的布局、空间科学发展的体制保障和机制创新；提出在中国空间科学发展不断得到重视的大环境下，亟需重视战略规划研究、并强调规划的严肃性，要坚持重大科学任务的国家属性和国际合作开放性并举，要重视厚植和夯实空间科学发展的基础等3方面的建议。     

从诺贝尔奖看空间科学对科技强国的贡献

 诺贝尔奖是国际科学界公认的最重要奖项之一。分析百年诺贝尔物理学奖，对标世界航天强国，一个重要特点是通过持续实施空间科学任务，科学家们不断获得诺贝尔奖。本文以诺贝尔物理学奖为抓手，阐述空间科学对于建设世界科技强国的重要贡献，分析欧美航天强国在空间科学领域获得诺贝尔奖的情况，并基于中国空间科学发展现状和态势，提出空间科学是中国基础科学研究有望取得诺贝尔奖级重大突破的优势领域之一，发展空间科学可为建设世界科技强国做出具有重大标志性的不可或缺的贡献。     

2018年深空探测热点回眸

 深空探测指人类航天器离开近地轨道、进入太阳系空间和宇宙空间，对地球以外天体（月球及以远天体）或空间环境开展的科学探测。2018年，国际深空探测叠彩纷呈：中国“嫦娥四号”成功实现国际首次月球背面软着陆并将开展巡视勘察；美国“洞察号”探测器登陆火星；向太阳系空间进发，朝向日心方向，欧洲空间局和日本合作研制的BeipiColombo探测器正飞向水星、美国“帕克号”探测器开启“史诗级”旅行去“触摸太阳”，远离日心方向，“新视野号”成功飞掠柯伊伯带的小行星“天涯海角”、“旅行者2号”突破日球层顶；美国“奥西里斯-REx”和日本“隼鸟2号”顺利抵达各自目标小行星执行采样任务。2018年，月球表面存在水冰、火星发现有机分子、太阳系边际再抵近等发现或突破对于探寻生命起源、太阳系起源和演化，拓展人类知识体系具有重要意义。     

国际基于立方星平台的空间科学发展态势及启示

 空间科学主要是基于航天器平台获取实验数据、实现科学发现的重大前沿基础研究。中国实施了"悟空""慧眼"等一批较大的科学卫星任务。阐述了国际上重要科学发现和成果，提出当前国际上已认识到立方星在空间探索与发现中的重要作用；总结了美欧等航天强国和机构已实施和论证的若干立方星科学探测计划及取得的有影响力的原创科学成果，以及中国立方星技术演示验证和商业航天已取得的进展；提出了中国空间科学界应进一步关注立方星的发展，利用立方星平台开展研究，与传统大中型空间科学卫星形成互补，增强并拓展相关领域的探测能力，有效降低任务难度并缩短研制周期，促进中国空间科学取得更多重大发现和突破。     

远航2050：欧洲空间科学规划及启示

 欧洲空间局（ESA）于2021年6月发布了最新版的空间科学中长期发展规划“远航2050”（Voyage 2050）,引起各界关注。对该规划进行了全面深入地科学解读,指出它瞄准2035-2050年发展周期,聚焦重大科学前沿,前瞻未来技术创新,确定了探索太阳系巨行星的卫星、系外行星或银河系以及早期宇宙新物理等3个大型空间科学任务方向,梳理了14个中小型空间科学任务候选方向,提出了为实施这些任务或取得更长远的突破性科学回报而必须超前研发的有效载荷和关键共性空间技术领域,强调了面向未来培养下一代空间科学人才的重要性。     

斯皮策空间望远镜实现最大化科学产出

 2020年1月30日，美国主动关闭斯皮策空间望远镜。斯皮策空间望远镜已5次延寿、在轨运行超过16年，运用科学数据发表了超过9000篇科学论文，在宇宙红外观测、恒星和星系演化、系外行星证认等多个领域取得了重大发现。斯皮策空间望远镜在研制阶段采用了新颖的地球尾随日心轨道设计，当时最先进的大面阵红外探测器件；发射后科学目标紧扣空间天文观测新热点的系外行星及时调整，在3个焦面有效载荷仅剩1个红外阵列相机，且其4个波段仅存2个能正常工作的挑战下，任务运控团队和科学团队紧密协同，仍成功开展了长达10年的科学观测。空间科学先导专项部署了相关空间红外天文探测的预先研究，斯皮策任务的开放技术创新、科学目标与时俱进、协同一体化观测等实现科学产出最大化的系列实践值得借鉴。     

三维太阳风结构的Ulysses观测和MHD模拟的比较研究

Ulysses从1994年9月到1995年6月第一次对日跨极飞行期间, 发现除赤道附近±20°的区域为300 ~450 km/s的低速太阳风以外, 其余为中高速太阳风, 而在±40°以上为700 ~ 870 km/s的高速太阳风, 而且低速太阳风与高速太阳风之间的过渡面很陡. 本文用三维磁流体力学(MHD)数值模型对Ulysses在太阳活动极小期观测到的太阳风大尺度结构进行了模拟. 这一模型将计算区域分为1 ~ 22 Rs和18 Rs ~ 1 AU两部分, 并将具有总变差减小(TVD)特性的Lax-Friedrich格式和MacCormackⅡ型格式结合起来. 我们根据太阳光球磁场的视向分量观测确定初始磁场, 并在MHD方程组中加入体积加热项, 进行三维MHD模拟. 数值结果再现了上述观测到的大尺度太阳风结构的主要特征, 与Ulysses观测基本相符. 这一工作说明初始磁场以及体积加热可能控制着高低速太阳风的分布, 同时也表明所采用的三维数值模式在模拟大尺度太阳风结构方面是有效的.     

行星际磁云边界层特征及边界新定义

分析1967 ~ 1998年间数据较完整的所有70个磁云边界的飞船观测, 提出磁云边界新定义: 它是磁云与背景介质相互作用形成的边界层. 物理特征是: 外边界多是磁重联边界, 温度、密度和等离子体 b 参数多呈现“三高状态”, 内边界是磁云本体未受相互作用影响的边界, 温度、密度和等离子体 b 参数多呈现“三低”状态. 磁云前、后边界层的平均厚度为1.7和3.1 h. 边界层内磁场的分布函数与背景介质和磁云本体有重要变化发生.     

利用“ISF”方法于地磁扰动事件的预报试验

以1966~1982年期间有关太阳活动、行星际扰动和地磁扰动的观测为基础, 综合行星际扰动过程的物理模型并运用模糊数学概念, 提出一种预报由太阳风暴吹向地球而引起的地磁扰动的“ISF”方法. 利用该方法对1980~1998年间24个较大的、曾引起空间灾害事件的地磁暴进行了预报试验, 在试验中考虑了每个扰动事件的三维传播特性、搜寻每个射电源的最佳贴近度和磁场南、北向分量的影响. 主要结果是: (ⅰ) 磁扰开始时间的预报值T_预与观测值T_观比较, 相对误差ΔT_预/T_观≤10%的事件, 占总事件的45.8%; ΔT_预/T_观≤30% 的事件, 占总事件的78.3%; ΔT_预/T_观＞30%的事件,只占总事件的21.7%.(ⅱ) 磁扰幅度的预报, 相对误差ΔK_p,预/K_p,观≤10%的事件,占总事件数的41.67%; ΔK_p,预/K_p,观≤30%的事件, 占总事件数的79%; ΔK_p,预/K_p,观≤45%的事件, 占总事件数的100%. 作为一个例子, 1998年4~5月事件的预报试验表明ΔT_预/T_观=7.4%, ΔΣK_p,预/K_p,观= 15.3%. 这表明该预报方法对空间天气事件中的地磁扰动预报有改善.     

关于新一代旗舰型科学卫星WFIRST发展的分析

 中国是航天大国，但尚无重大科学目标牵引的大型战略性空间科学任务的经验。以美国新一代旗舰型空间天文学任务宽视场红外巡天望远镜（Wide Field Infrared Survey Tele-scope，WFISRT）为样本，介绍了其科学目标和有效载荷，梳理了任务剖面的数次更改和曲折的研发历程。将其与中国科学卫星系列的研制流程进行了比较分析，以期为中国“十四五”乃至更长远的空间科学任务布局提供参考。