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

在大航天時代，科學(xué)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(xué)技術(shù)體系，從基于地球轉(zhuǎn)向基于宇宙。

我們可以對比一下當(dāng)今的空間科學(xué)學(xué)科體系和整個人類科學(xué)體系之間，還存在著哪些差異。

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

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

我們可以發(fā)現(xiàn)空間科學(xué)的學(xué)科研究體系正在努力擴(kuò)展自己的存在，已經(jīng)有了向基于宇宙的科學(xué)擴(kuò)展的萌芽。然而從目前來看做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。顯然，空間科學(xué)本身不可能涵蓋所有的學(xué)科體系，正確的辦法是反其道而行之，在所有學(xué)科體系中融入空間要素。在這個方面，基礎(chǔ)物理科學(xué)為我們做出了良好的示范。人們已經(jīng)通過導(dǎo)航衛(wèi)星、“鏡球”科學(xué)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(xué)體系，是從近代自然科學(xué)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(xué)”、“蓋侖的三靈氣說”、“物種神創(chuàng)論”等的錯誤，使自然科學(xué)逐漸走上了獨(dú)立發(fā)展的道路。需要牢牢記住的是，這個進(jìn)程是從人類對于宇宙的觀察與計算開始的。當(dāng)人們提及這個時代的時候，必然要提到一個科學(xué)家群體，為首三人就是哥白尼、布魯諾和伽利略。

在這三人當(dāng)中，伽利略還是現(xiàn)代科學(xué)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(yuǎn)鏡。在天文學(xué)發(fā)展的引領(lǐng)下，作為近代科學(xué)體系主要內(nèi)容的數(shù)學(xué)迅速壯大起來。而數(shù)學(xué)的偉大成果，推動了物理、化學(xué)乃至生物學(xué)的建立，構(gòu)成了近代科學(xué)體系。其中的物理學(xué)成果至今還是宇航科技的基礎(chǔ)，是齊奧爾科夫斯基火箭理論的基礎(chǔ)，是戈達(dá)德液體火箭實踐的基礎(chǔ)，也是今天的設(shè)計師們用來設(shè)計和分析火箭、衛(wèi)星、飛船的基礎(chǔ)。

今天看來，人類已經(jīng)建立的科學(xué)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(rèn)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(xué)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(fù)雜而遙遠(yuǎn)的相互關(guān)系。

那么，我們今天堅信不疑，甚至寫進(jìn)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(xué)探索會不會完全顛覆我們的認(rèn)識？

這并不是全部，人類還有相當(dāng)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(jìn)行的科學(xué)探索還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)發(fā)展起步較晚，基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展本身尚且有很大的不成熟，空間科學(xué)的發(fā)展程度更低?？臻g科學(xué)從1958年起步，直到1976年第一顆返回式衛(wèi)星飛行成功，才進(jìn)入真正的在空間實施科學(xué)研究的階段。其后的空間科學(xué)依托載人航天工程和一批科學(xué)衛(wèi)星計劃，取得了長足的進(jìn)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(yuǎn)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(xué)研究者，還是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的。當(dāng)我們環(huán)顧全球，卻發(fā)現(xiàn)真正掌握了航天技術(shù)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(xué)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(yīng)當(dāng)作出的歷史貢獻(xiàn)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(xué)研究的航天員——也叫做任務(wù)專家——進(jìn)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(xué)科。如果用上述數(shù)據(jù)作為衡量，我們科學(xué)界對宇宙空間的探索和利用，已經(jīng)比發(fā)達(dá)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(biāo)，是在近地軌道建設(shè)空間實驗室，解決地球軌道、地月空間內(nèi)的科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)問題，認(rèn)識宇宙、發(fā)現(xiàn)未知的領(lǐng)域和未知的學(xué)科。具備向地月空間拓展的基礎(chǔ)。這個過程或許需要一個世紀(jì)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(shè)中，我們已經(jīng)落后于發(fā)達(dá)國家。目前的差距依然可望可及，不宜拖延。

為科學(xué)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(yīng)的科學(xué)體系，加以應(yīng)用，支撐技術(shù)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(xué)科建設(shè)？是時機(jī)嗎？

首先，我們必須認(rèn)識到，大航天時代科學(xué)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(xué)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(guān)學(xué)科的建設(shè)。在大航海時代開始之前，人類早已經(jīng)擁有了關(guān)于航海時代的技術(shù)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(yù)和經(jīng)濟(jì)利益而沖向大海，無數(shù)的水手、船長、商人和技師在反復(fù)試錯的過程中付出了慘重的代價，僅僅因為航海技術(shù)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(xué)體系建設(shè)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(xué)體系，通過科學(xué)探索，更加深刻而精確地了解宇宙的本質(zhì)，進(jìn)而推動相關(guān)宇航技術(shù)的發(fā)展與成熟，更加科學(xué)、高效、精準(zhǔn)、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(yùn)活動。