【特稿】组建国家空间实验室（二）：我们对宇宙的认识尚在萌芽期，实验室的建设极为必要
《组建国家空间实验室 为人类未来谋求出路》
专题之二
我们对宇宙的认识尚在萌芽期
实验室的建设极为必要
特别鸣谢 | 中国工程院院士刘经南
作者 | 刘雨菲 贺鹏梓 李刚
在大航天时代，科学界实施载人飞行的目的，从根本上说，说是把整个人类的科学技术体系，从基于地球转向基于宇宙。
我们可以对比一下当今的空间科学学科体系和整个人类科学体系之间，还存在着哪些差异。
举个简单的例子，设立在南京航空航天大学的空间科学更类似于大航海时代后期的博物学，课程包括：太空探索、地球科学概论、遥感概论、测量与地图学、 城市与区域科学、操作系统原理、数据结构、结晶学与矿物学、 普通地质学、X射线粉末衍射分析、近代地层学、石油地质学、构造地质学、脊椎动物进化史、古海洋学与全球变化、空间探测与空间环境模拟、地震学与地球内部物理学、智能交通系统概论、空间探测信息处理技术等。
而由中国科学院院士、中国航天科技委主任包为民提议设立在西安电子科技大学空间科学与技术学院的空间科学与技术专业则更偏重于解决空间探测本身的技术问题，课程包括：电路分析理论、信号与系统、数字电路及系统设计、模拟电子技术基础、射频与天线、自动控制技术、微处理器原理与系统设计、数字信号处理、电磁场与电磁波、通信系统基础、数据结构与算法分析、现代通信技术、航天传感器技术、热力学与统计物理、工程有限元计算、等离子物理、量子力学、天体力学与轨道设计基础、深空通信、嵌入式系统、空间探测技术、导航原理、现代编码理论与技术等。
我们可以发现空间科学的学科研究体系正在努力扩展自己的存在，已经有了向基于宇宙的科学扩展的萌芽。然而从目前来看做得远远不够。显然，空间科学本身不可能涵盖所有的学科体系，正确的办法是反其道而行之，在所有学科体系中融入空间要素。在这个方面，基础物理科学为我们做出了良好的示范。人们已经通过导航卫星、“镜球”科学卫星等多种方式，来验证狭义相对论和广义相对论了。
目前人类所拥有的科学体系，是从近代自然科学体系发展而来的。这个体系发端于对神权统治的反抗与摆脱，批判与纠正了长期以来教会推崇为“权威”与“经典”、神圣不可侵犯的“托勒密的地心说”、“亚里士多德的物理学”、“盖仑的三灵气说”、“物种神创论”等的错误，使自然科学逐渐走上了独立发展的道路。需要牢牢记住的是，这个进程是从人类对于宇宙的观察与计算开始的。当人们提及这个时代的时候，必然要提到一个科学家群体，为首三人就是哥白尼、布鲁诺和伽利略。
在这三人当中，伽利略还是现代科学的创始人。他最重要的发明之一，正是用来观察宇宙的工具——望远镜。在天文学发展的引领下，作为近代科学体系主要内容的数学迅速壮大起来。而数学的伟大成果，推动了物理、化学乃至生物学的建立，构成了近代科学体系。其中的物理学成果至今还是宇航科技的基础，是齐奥尔科夫斯基火箭理论的基础，是戈达德液体火箭实践的基础，也是今天的设计师们用来设计和分析火箭、卫星、飞船的基础。
今天看来，人类已经建立的科学体系似乎是自洽的，能够解释这个世界上发生的绝大多数自然现象乃至社会现象。但是，它们一定就是正确的吗？
至少我们知道，在大航海时代之前，人们对于大地的形状、物种的类别提出了许多自说自话的解释，例如天圆地方，各分九层，等等。欧洲和中国甚至不知道世界上还存在着美洲和大洋洲。人们对星空的认识也是如此，自古以来，人们通过对星空的观察，把群星分为许多星座。而现代天文学发展之后，人们才发现，哪怕最熟悉的北斗七星，也不是分布在一个平面上的勺形，而是呈现出复杂而遥远的相互关系。
那么，我们今天坚信不疑，甚至写进课本的那些知识，一定就是正确的吗？在宇宙空间实施的科学探索会不会完全颠覆我们的认识？
这并不是全部，人类还有相当多的问题无法解释。包括刘慈欣在科幻作品《朝闻道》中提出的那个恼人问题：“宇宙的目的是什么？”还有，宇宙大爆炸前的世界是什么样子的？
因此，人类对宇宙空间进行的科学探索还远远不足，这也是建立空间实验室最大的必要性——让人类知道自己其实刚刚踏上求知的旅程。
在中国，由于科学发展起步较晚，基础科学和应用科学的发展本身尚且有很大的不成熟，空间科学的发展程度更低。空间科学从1958年起步，直到1976年第一颗返回式卫星飞行成功，才进入真正的在空间实施科学研究的阶段。其后的空间科学依托载人航天工程和一批科学卫星计划，取得了长足的进步，但与国外相比依然有很大差距，距离大航天时代的需要更是路漫漫其修远兮。
造成上述差距的客观原因在于，宇宙空间距离多数科学研究者，还是相当遥远的。当我们环顾全球，却发现真正掌握了航天技术和航天能力的国家并不多，迄今为止也只有美国、俄罗斯、欧洲、中国、印度、日本。至于其他国家，无论从科学计划还是国家实力，暂时都看不到追赶上来的可能性。这固然是值得载人航天队伍骄傲和自豪的事情，但是与中华民族应当作出的历史贡献相比，我们依旧自己落下了自己。
从飞行次数来说，刨除几次不载人飞行，中国迄今为止飞行了5船次、12人次，国外飞行了300多船次、500多人次。中国迄今还没有一位专门从事科学研究的航天员——也叫做任务专家——进入宇宙。而迄今为止在飞船、空间站上开展的实验，也局限于少数学科。如果用上述数据作为衡量，我们科学界对宇宙空间的探索和利用，已经比发达国家有了一个数量级的落后。追赶的紧迫性是显而易见的。
目前来说，人类比较现实的目标，是在近地轨道建设空间实验室，解决地球轨道、地月空间内的科学研究和科学发现问题，认识宇宙、发现未知的领域和未知的学科。具备向地月空间拓展的基础。这个过程或许需要一个世纪的时间，也很可能在某个时刻发生飞跃。对中华民族来说，最可怕的不是漫长征程，而是在历史发生飞跃的时候被其他人甩在后面，就像大航海时代那样。实际上，在空间实验室建设中，我们已经落后于发达国家。目前的差距依然可望可及，不宜拖延。
为科学而实施的载人飞行，基本的意图，是为大航天时代建立起相应的科学体系，加以应用，支撑技术体系的发展，为大航天时代的人类活动提供物质条件。
那么，在载人航天活动刚刚开展20多年、实际飞行只有10多年的情况下谈学科建设？是时机吗？
首先，我们必须认识到，大航天时代科学体系的建立是必然的。所要讨论的，是早建立还是晚建立的问题。如果研究大航海对科学体系的影响，可以发现这是一个自发的过程。有了船才能航海，有了一定的航海经验，才能开展航海以及相关学科的建设。在大航海时代开始之前，人类早已经拥有了关于航海时代的技术和经验。但大航海时代依然是在普遍自发、盲目中启航的。欧洲人为了皇室荣誉和经济利益而冲向大海，无数的水手、船长、商人和技师在反复试错的过程中付出了惨重的代价，仅仅因为航海技术的不成熟而葬身大海的不计其数。
那么到了大航天时代，人类还打算付出这种代价来为科学体系建设做铺垫吗？我们能够想象大量满载宇航员的飞船莫名消失在茫茫宇宙中吗？我们能够接受无数宇航员这样的精英因此再也回不到地球，任他们的遗骸散落在宇宙中的场景吗？这样的代价和损失，我们接受得了吗？
因此在大航天时代，必须尽快地自觉建立新的科学体系，通过科学探索，更加深刻而精确地了解宇宙的本质，进而推动相关宇航技术的发展与成熟，更加科学、高效、精准、安全地实施各种航天活动，特别是载人探索活动和商业客运活动。
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