從人類1957年10月發射第一顆人造衛星開始，就進入了太空時代。當時，人類對太空的了解非常少，比如對電離層以外的空間環境如何，太陽輻射的粒子到達地球空間后如何運動還尚不清楚。因此，就應運而生了對空間開展直接的研究這個新的學科，稱為空間研究(Space Research)。

此后，在美蘇的太空競賽中，盡管雙方都在力爭太空領域中的第一，無瑕開展專門的太空研究，但是在各種航天器中都力爭攜帶了粒子探測器、磁場探測器和其它空間環境探測載荷，獲得了大量的針對空間環境的原位(in-situ)探測數據。由此誕生的，以研究空間為主要目標的學科，逐漸濃縮為等離子體物理或空間物理。

在之后的數十年中，空間物理一直是空間科學的核心學科。對地球空間中等離子體及其運動規律的研究，逐漸拓展到地球空間以外的從太陽上層大氣到太陽系邊界的整個行星際空間，也拓展到了月球、水星、金星、火星、木星和土星，和它們的衛星周邊的空間環境。

人類在初步了解了太空的環境以后，開始利用飛行器的平臺從事天文觀測。其好處是可以突破大氣層對電磁波某些頻段的阻隔，比如甚低頻電磁波頻段，比毫米波頻率還要高的太赫茲頻段，以及紫外頻段及以上的X射線和伽馬射線。這使得空間天文成為空間物理之后空間科學領域的又一個重要分支。與空間物理不同的是，由于天文領域的很多望遠鏡仍然在地面上，因此天文衛星往往并不是空間天文領域的大多數科學家唯一可以獲得數據的來源。

幾乎與對地球空間的探測同步展開的，太空競賽期間，美蘇最大的競爭方向是深空探測。月球、金星、火星、小行星、以及之后的太陽系邊界探測，都給對行星的研究帶來了大量的新數據。不僅僅是那里的空間環境和遙感數據，更重要的是實現了著陸之后的巖石、土壤和地質信息。這使得大量地球化學科學家、地質地理科學家加入到了空間研究的隊伍，促進了空間科學另一個分支學科，行星科學的發展。

與空間科學領域其它分支學科的發展不同，空間地球科學對地球系統的研究的起步是由于遙感應用衛星的發展。居高臨下是從太空觀測地球的優勢。從數百公里的高處，你可以看到數千公里范圍內的地面上正在發生著什么。當然，如果天氣不好，有云，光學遙感器就無能為力了。但是對氣象預報，從這個高度哪怕是觀測云頂的移動和變化，都非常有用。科學家還在紫外波段的遙感觀測中發現了臭氧洞。這些應用數據逐漸積累，直到推動了空間地球科學作為空間科學中一門比較新的，利用遙感衛星研究地球系統變化的學科的確立。

在載人航天起步的時候，微重力科學和空間生命科學的研究同時開始起步。因為載人航天的實際需求非常迫切，這兩個領域的科學研究從一開始就有明確的應用目標，即要為載人航天服務。然而它們又和同樣具有應用意義的空間地球科學不一樣。遙感圖像具有非常直接的看圖識字功能，甚至不需要研究就可看到臺風、就可以識別出目標。但是在太空中的微重力環境下，當地球表面那1g的重力“面紗”被揭開以后，物質(特別是流體)以及生命體的運動本質到底是什么，是需要開展大量研究的。特別是對復雜的人體，更是需要不斷的、深入的航天醫學研究。這就催生了微重力科學和空間生命科學的發展。

可見空間科學成為一個新興的、交叉的，且包含眾多學科分支(空間物理、空間天文、行星科學、空間地球科學、微重力與空間生命科學，以及基礎物理試驗)的科學領域，是伴隨著人類進入太空的步伐逐漸發展起來的。如果用一句話來定義的話，就是：空間科學是指利用航天器為主要平臺，研究發生在日地空間、行星際空間乃至整個宇宙空間的物理學、天文學、化學及生命科學等自然現象及其規律的綜合性交叉學科。

載人航天任務的特點

載人航天在發展初期雖然受到了冷戰和太空競賽的驅動，但是在一定程度上也反映了人類的探索精神。前蘇聯在載人航天領域的零的突破，美國阿波羅計劃將人首次送上月球，仍然是他們至今還在享用的政治資本。因此，載人航天任務的最大特點就是其公眾關注度高。

然而，要想取得公眾的關注度，就必須不斷地實現突破，為公眾帶來新的關注熱點。中國航天員楊利偉在2003年實現了中國人獨立自主的天地往返，雖然比前蘇聯的加加林晚了42年，但仍然可以在中國人心中激勵起自豪感。因此，載人航天的公眾性是由執行任務的主體而決定的，具有地域和民族性。當然，如果想引起全人類的公眾的關注，就必須實現人類的第一次。

即使在同一個地域和國家內，載人航天如果要持續保持當地公眾的關注度，就一定要有不斷的突破，比如從單人1天到多人多天、從男航天員到女航天員、從艙內活動到出艙活動、從單艙到多艙的交會對接，直至空間站建設等。但是這些都是技術性的突破，還不是空間科學研究。

空間科學研究可以為載人航天的發展提供一個可持續的工作方向。比如，當一個空間站已經建成，不斷的技術突破暫時停滯時，航天員在空間站上開展的各種科學試驗，就可以為公眾不斷地提供關注點，繼續維持載人航天的公眾性這個特點。

可見載人航天任務最大的特點還是其無可比擬的公眾性。但是要實現和保持這樣的公眾性，就需要不斷地由人，也就是航天員來突破和實現新的目標，而不能在一個技術平臺上停滯不前或重復已經做過的活動。因此，從大的任務方向上來講，在軌道空間站之后，一定是載人登月。

深空探測任務的特點

與載人航天任務不同，我們這里所說的深空探測是無人深空探測任務，包括對月球、火星，和對太陽系其他天體的抵達探測，但是不包括在深空軌道上對太陽的探測和天文觀測，因為那屬于科學衛星任務的范疇。因此，并不是所有深空軌道的任務都是深空探測任務。比如美國前不久發射的韋伯太空望遠鏡，雖然它定位于日地系統拉格朗日L2點的深空軌道，但它是一個典型的科學衛星任務，盡管已經不是地球衛星。深空探測任務的特點是到達太陽系中一個獨特的地點，特別是需要實現人類的第一次，以及實現新的科學發現。

人類在進入空間時代之后，幾乎已經飛臨甚至著陸探測了太陽系當中所有八大行星以及少量他們的衛星，包括月球、水星、金星、火星、木星系統中的四顆伽利略衛星、土星，以及天王星和海王星，并在月球、金星、火星，土衛六和幾個小行星上成功著陸，還實現了月球樣品和小行星樣品的采樣返回。但是人類對太陽系的了解仍然太少。即使是同一個天體，在不同的地點著陸都會獲得高度的公眾關注和全新的科學認知。比如盡管人類早在上世紀六十年代就實現了載人登月，但是嫦娥4號無人探測器在月球背面的著陸，仍然被認為是第一次和重大的突破，引起了高度的公眾關注度，并獲得了新的科學發現。

可見深空探測任務只要選擇了新的目的地(無論是飛躍、環繞還是著陸)，實現了人類的第一次，就可以獲得很高的公眾關注度。因此，與載人航天任務相似，公眾關注度是深空探測任務需要考慮的重要因素和不容忽視的目標。但是，深空探測任務同時要關注這個第一次到達的地點所帶來的科學發現。如果僅僅是為了達到，而沒有新的科學發現，公眾就會質疑到那里去的目的是什么?公眾對任務的關注度也自然就會減半。因此，科學目標一定是伴隨深空任務的重要目標。到太陽系中一個人類還沒有去過的地方實現新的科學發現，才是深空探測任務的完整定義和內涵。

因為不斷有新的目的地，和不斷產出新的科學發現，深空探測任務的可持續性是比較容易把握的。這主要是得益于太陽系的宏大和其中各種類型天體的眾多，至少到現在為止，我們總是可以找到新的、有重大科學發現意義的目的地。

科學衛星任務的特點

與載人航天與深空探測任務不同，科學衛星是以科學目標為最主要目標的航天任務。自人類進入太空開始，科學衛星就是一類非常獨特并且始終占有主要航天國家和機構預算一部分的重要任務類型。在美國國家航空與宇航局(NASA)，科學衛星的預算在全部預算中大約占30%。在歐洲空間局(ESA)，科學衛星(不包括空間地球科學，微重力和空間生命科學)占全部預算的約15%。

科學衛星以科學目標的重大性為主要立項標準。雖然并沒有把公眾的關注度放在首位，但是一旦其實現了重大科學發現，或科學前沿的重大突破，特別是一旦其成果獲得了諾貝爾科學獎，將會產生更加突出的公眾效應。實際上，自人類進入太空時代以來，已經有大約10個科學衛星取得的科學成果獲得了諾貝爾獎。因此，科學衛星在立項遴選時，需要特別關注其科學目標的重大性。

科學衛星根據其科學目標的需求，可以選擇任意軌道，比如大橢圓地球軌道、月球軌道、日地系統拉格朗日點軌道，脫離黃道面的太陽極軌，或其他行星際軌道。科學衛星上的科學載荷，往往要突破觀測和探測精度的極限，從而獲得超過前人的數據精度，實現科學發現。因此每一顆科學衛星對空間技術都有特殊的需求，往往并不重復。這對航天工程設計師，特別是科學有效載荷的設計師會提出挑戰，對航天技術發展有很強的帶動作用。但是評價一顆科學衛星是否成功的標準，絕不是它實現了那些技術突破和創新，而是它是否有新的科學發現和對已知理論的修正甚至突破。如果是以技術突破和試驗為主，科學研究為輔的衛星任務，則不應稱為是科學衛星，應稱其為技術試驗衛星。

未來發展和政策建議

對于載人航天任務

我國的空間站即將進入一個以應用為重點的運行階段。需要重點考慮有人參與的空間科學試驗。為了確保試驗項目科學目標的重大性，應組織開展公開遴選和征集，同時為每一個試驗設立載荷科學家全權負責該項實驗的設計、研制和操作運行。在空間站艙外平臺開展對地觀測新型遙感器的試驗和空間分辨率要求不高的天文巡天觀測也是很好的任務方向。

此外，空間站在運行階段的任務還是應該更多地圍繞人做文章。比如接受國際宇航員入站、建立中國空間站與國際空間站之間的熱線電話、開展超過180天(甚至打破人類記錄)的航天員逗留、接待非航天員游客的短期逗留、地面上疑難病癥在太空的治療等。

在載人航天領域，最為激勵中國公眾的下一步的發展方向，應該是載人登月。

關于深空探測計劃

我國已經成功掌握了月球探測的相關技術，實現了“繞、落、回”，并發射了數據中繼衛星來支持在月球背面開展的探測活動。未來的月球探測任務，應該更偏重于對月球資源的原位利用領域的研究和技術開發，為載人登月和未來的月球旅游做好準備。因此，未來的深空探測任務需要不斷地向遠走，發揮人類第一次到達的公眾關注效應。

能夠實現第一次達到的，或具有新的視角的目標在太陽系內有很多。特別是著陸探測應該作為我國深空探測的一大優勢加以發揮。在未來應該繼承“天問一號”三步并一步走的優勢，加快趕超的步伐，對所選天體盡量能實現到達即著陸，并確保實現公眾關注度和科學發現的均衡發展。

為了實現重大科學發現，所有深空探測任務在立項初期就要確定整個任務的首席科學家，并在首席科學家的領導下開展目標或著陸點的選擇、科學有效載荷的配置、研制中和科學產出相關的各類技術指標的把控、到達后任務運行的規劃，直至科學數據分析的組織。與載人航天任務不同的是，深空探測往往是一個任務一個目標，因此需要任命整個任務的首席科學家。

科學衛星

科學衛星實現可持續發展的要點是要有重大科學產出。因此為了確保科學產出的最大化，應該對科學衛星的科學產出進行全價值鏈的管理，包括從戰略規劃、項目建議、遴選、預研、遴選、背景型號、遴選、立項、設計、試驗、生產、發射、在軌測試、運行、總結的全過程。在每一個階段，都應該有確保科學產出最大化的措施。

科學衛星需要設立首席科學家。與載人航天中的單項試驗的科學家，深空探測任務的首席科學家不同，科學衛星的首席科學家應該具有一票否決權。這是因為科學衛星的目標是以科學產出的重大性為衡量標準的。首席科學家是對此目標負責的最終責任人。

目前我國的科學衛星在中國科學院和國家航天局都有規劃，但是要想使其得到可持續的發展，必須確保其科學產出的重大化。因此，需要相關管理部門認真研究在項目的各個階段如何來確保科學產出最大化的措施。切記不能把搭載了科學載荷的技術試驗衛星稱為科學衛星。因為這樣的衛星不是一個完整的科學衛星任務。