【特稿】組建國家空間實驗室（二）：我們對宇宙的認識尚在萌芽期，實驗室的建設極為必要

在大航天時代，科學界實施載人飛行的目的，從根本上說，說是把整個人類的科學技術體系，從基于地球轉(zhuǎn)向基于宇宙。

我們可以對比一下當今的空間科學學科體系和整個人類科學體系之間，還存在著哪些差異。

舉個簡單的例子，設立在南京航空航天大學的空間科學更類似于大航海時代后期的博物學，課程包括：太空探索、地球科學概論、遙感概論、測量與地圖學、 城市與區(qū)域科學、操作系統(tǒng)原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶學與礦物學、 普通地質(zhì)學、X射線粉末衍射分析、近代地層學、石油地質(zhì)學、構(gòu)造地質(zhì)學、脊椎動物進化史、古海洋學與全球變化、空間探測與空間環(huán)境模擬、地震學與地球內(nèi)部物理學、智能交通系統(tǒng)概論、空間探測信息處理技術等。

而由中國科學院院士、中國航天科技委主任包為民提議設立在西安電子科技大學空間科學與技術學院的空間科學與技術專業(yè)則更偏重于解決空間探測本身的技術問題，課程包括：電路分析理論、信號與系統(tǒng)、數(shù)字電路及系統(tǒng)設計、模擬電子技術基礎、射頻與天線、自動控制技術、微處理器原理與系統(tǒng)設計、數(shù)字信號處理、電磁場與電磁波、通信系統(tǒng)基礎、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析、現(xiàn)代通信技術、航天傳感器技術、熱力學與統(tǒng)計物理、工程有限元計算、等離子物理、量子力學、天體力學與軌道設計基礎、深空通信、嵌入式系統(tǒng)、空間探測技術、導航原理、現(xiàn)代編碼理論與技術等。

我們可以發(fā)現(xiàn)空間科學的學科研究體系正在努力擴展自己的存在，已經(jīng)有了向基于宇宙的科學擴展的萌芽。然而從目前來看做得遠遠不夠。顯然，空間科學本身不可能涵蓋所有的學科體系，正確的辦法是反其道而行之，在所有學科體系中融入空間要素。在這個方面，基礎物理科學為我們做出了良好的示范。人們已經(jīng)通過導航衛(wèi)星、“鏡球”科學衛(wèi)星等多種方式，來驗證狹義相對論和廣義相對論了。

目前人類所擁有的科學體系，是從近代自然科學體系發(fā)展而來的。這個體系發(fā)端于對神權(quán)統(tǒng)治的反抗與擺脫，批判與糾正了長期以來教會推崇為“權(quán)威”與“經(jīng)典”、神圣不可侵犯的“托勒密的地心說”、“亞里士多德的物理學”、“蓋侖的三靈氣說”、“物種神創(chuàng)論”等的錯誤，使自然科學逐漸走上了獨立發(fā)展的道路。需要牢牢記住的是，這個進程是從人類對于宇宙的觀察與計算開始的。當人們提及這個時代的時候，必然要提到一個科學家群體，為首三人就是哥白尼、布魯諾和伽利略。

在這三人當中，伽利略還是現(xiàn)代科學的創(chuàng)始人。他最重要的發(fā)明之一，正是用來觀察宇宙的工具——望遠鏡。在天文學發(fā)展的引領下，作為近代科學體系主要內(nèi)容的數(shù)學迅速壯大起來。而數(shù)學的偉大成果，推動了物理、化學乃至生物學的建立，構(gòu)成了近代科學體系。其中的物理學成果至今還是宇航科技的基礎，是齊奧爾科夫斯基火箭理論的基礎，是戈達德液體火箭實踐的基礎，也是今天的設計師們用來設計和分析火箭、衛(wèi)星、飛船的基礎。

今天看來，人類已經(jīng)建立的科學體系似乎是自洽的，能夠解釋這個世界上發(fā)生的絕大多數(shù)自然現(xiàn)象乃至社會現(xiàn)象。但是，它們一定就是正確的嗎？

至少我們知道，在大航海時代之前，人們對于大地的形狀、物種的類別提出了許多自說自話的解釋，例如天圓地方，各分九層，等等。歐洲和中國甚至不知道世界上還存在著美洲和大洋洲。人們對星空的認識也是如此，自古以來，人們通過對星空的觀察，把群星分為許多星座。而現(xiàn)代天文學發(fā)展之后，人們才發(fā)現(xiàn)，哪怕最熟悉的北斗七星，也不是分布在一個平面上的勺形，而是呈現(xiàn)出復雜而遙遠的相互關系。

那么，我們今天堅信不疑，甚至寫進課本的那些知識，一定就是正確的嗎？在宇宙空間實施的科學探索會不會完全顛覆我們的認識？

這并不是全部，人類還有相當多的問題無法解釋。包括劉慈欣在科幻作品《朝聞道》中提出的那個惱人問題：“宇宙的目的是什么？”還有，宇宙大爆炸前的世界是什么樣子的？

因此，人類對宇宙空間進行的科學探索還遠遠不足，這也是建立空間實驗室最大的必要性——讓人類知道自己其實剛剛踏上求知的旅程。

在中國，由于科學發(fā)展起步較晚，基礎科學和應用科學的發(fā)展本身尚且有很大的不成熟，空間科學的發(fā)展程度更低?？臻g科學從1958年起步，直到1976年第一顆返回式衛(wèi)星飛行成功，才進入真正的在空間實施科學研究的階段。其后的空間科學依托載人航天工程和一批科學衛(wèi)星計劃，取得了長足的進步，但與國外相比依然有很大差距，距離大航天時代的需要更是路漫漫其修遠兮。

造成上述差距的客觀原因在于，宇宙空間距離多數(shù)科學研究者，還是相當遙遠的。當我們環(huán)顧全球，卻發(fā)現(xiàn)真正掌握了航天技術和航天能力的國家并不多，迄今為止也只有美國、俄羅斯、歐洲、中國、印度、日本。至于其他國家，無論從科學計劃還是國家實力，暫時都看不到追趕上來的可能性。這固然是值得載人航天隊伍驕傲和自豪的事情，但是與中華民族應當作出的歷史貢獻相比，我們依舊自己落下了自己。

從飛行次數(shù)來說，刨除幾次不載人飛行，中國迄今為止飛行了5船次、12人次，國外飛行了300多船次、500多人次。中國迄今還沒有一位專門從事科學研究的航天員——也叫做任務專家——進入宇宙。而迄今為止在飛船、空間站上開展的實驗，也局限于少數(shù)學科。如果用上述數(shù)據(jù)作為衡量，我們科學界對宇宙空間的探索和利用，已經(jīng)比發(fā)達國家有了一個數(shù)量級的落后。追趕的緊迫性是顯而易見的。目前來說，人類比較現(xiàn)實的目標，是在近地軌道建設空間實驗室，解決地球軌道、地月空間內(nèi)的科學研究和科學發(fā)現(xiàn)問題，認識宇宙、發(fā)現(xiàn)未知的領域和未知的學科。具備向地月空間拓展的基礎。這個過程或許需要一個世紀的時間，也很可能在某個時刻發(fā)生飛躍。對中華民族來說，最可怕的不是漫長征程，而是在歷史發(fā)生飛躍的時候被其他人甩在后面，就像大航海時代那樣。實際上，在空間實驗室建設中，我們已經(jīng)落后于發(fā)達國家。目前的差距依然可望可及，不宜拖延。

為科學而實施的載人飛行，基本的意圖，是為大航天時代建立起相應的科學體系，加以應用，支撐技術體系的發(fā)展，為大航天時代的人類活動提供物質(zhì)條件。

那么，在載人航天活動剛剛開展20多年、實際飛行只有10多年的情況下談學科建設？是時機嗎？

首先，我們必須認識到，大航天時代科學體系的建立是必然的。所要討論的，是早建立還是晚建立的問題。如果研究大航海對科學體系的影響，可以發(fā)現(xiàn)這是一個自發(fā)的過程。有了船才能航海，有了一定的航海經(jīng)驗，才能開展航海以及相關學科的建設。在大航海時代開始之前，人類早已經(jīng)擁有了關于航海時代的技術和經(jīng)驗。但大航海時代依然是在普遍自發(fā)、盲目中啟航的。歐洲人為了皇室榮譽和經(jīng)濟利益而沖向大海，無數(shù)的水手、船長、商人和技師在反復試錯的過程中付出了慘重的代價，僅僅因為航海技術的不成熟而葬身大海的不計其數(shù)。

那么到了大航天時代，人類還打算付出這種代價來為科學體系建設做鋪墊嗎？我們能夠想象大量滿載宇航員的飛船莫名消失在茫茫宇宙中嗎？我們能夠接受無數(shù)宇航員這樣的精英因此再也回不到地球，任他們的遺骸散落在宇宙中的場景嗎？這樣的代價和損失，我們接受得了嗎？

因此在大航天時代，必須盡快地自覺建立新的科學體系，通過科學探索，更加深刻而精確地了解宇宙的本質(zhì)，進而推動相關宇航技術的發(fā)展與成熟，更加科學、高效、精準、安全地實施各種航天活動，特別是載人探索活動和商業(yè)客運活動。