大科學計劃介紹系列文章將跟進國內外一系列大科學計劃，并結合信息基礎設施、開放科學與開放科學云等與大科學計劃之間關系進行介紹。

本篇將首先介紹大科學概念、大科學計劃以及在國內的發展情況。

大科學(BigScience，Mega science，LargeScience)一般是指投資大，多學科交叉的大型的基礎科學研究項目，目前還沒有一個確切的定義。大科學需要大量的資金，實驗設備昂貴復雜，研究目標宏大，因此多為國際合作的形式進行。

大科學是一種在第二次世界大戰期間和之后發展起來的科學研究方式，它確定了物理學、天文學和后來的生物科學中許多研究的組織和性質。大科學的特點是大型儀器和設施，由政府或國際機構資助，由科學家和技術人員組成的團隊或小組進行研究。

通常情況下，大科學項目是難以建立的。它們需要耗費大量資金的設備、建筑和方法，數億甚至數十億美元，遠遠超出個別科學家、科學家小組或公司(又稱 "小科學")所能承受的范圍。

“大科學”一詞最早出現在1961年《科學》雜志上的一篇文章中，這篇文章的題目是“大規模科學對美國的影響”，作者是物理學家、橡樹嶺國家實驗室主任阿爾文·溫伯格。這篇文章把大科學描述為第二次世界大戰產生的科學新政治經濟的一部分，在這期間，美國政府贊助了巨大的研究工作，如曼哈頓計劃、美國原子彈計劃和輻射實驗室，麻省理工學院的雷達研究中心。高科技戰爭把支持科學研究變成了國家安全的優先事項，并使科學家和工程師成為冷戰時期資金援助的受益者。

雖然小科學絕不是不需要或不相關的(沒有小科學，大科學就不會存在，事實上，小科學可以從大科學中獲得具體的好處)，但大科學項目可以為極具挑戰性的問題提供更快、更深遠的解決方案，而小規模的項目往往無法做到。簡而言之，大科學指的是具有巨大目標的大規模研究，需要大量資金。

大科學具有以下幾個特點：(1)具有重大科學意義和戰略意義，體現了國家戰略需求，影響面廣且長遠。(2)高的復雜性和系統性，耗資巨大、設備復雜，參與的主體往往是跨組織和部門的科研團隊。(3)效益具有間接性，大科學項目建成后要通過長時間的穩定運行、不斷發展和持續的科學活動才能實現預定的科學技術目標。(4)具有極強的開放性，國際合作成為常態，大多集中世界各國的資源來共同推進。

大科學計劃一般分為國際大科學工程與國際大科學計劃。

國際大科學工程:一般指多國聯合出資建造和運行一個新的科學研究裝置。科學研究裝置所在地即為國際大科學工程的東道國。

國際大科學計劃一般分為三類:

(1)由國際組織或多國聯合發起，有明確的研究目標或研究范圍，要利用國際組織或各國現有的研究設施和研究人員、在國家間或各國科研機構間開展合作的國際研究計劃,各國的出資主要支持本國科研機構參與該計劃下開展的科研項目

(2)由各國聯合出建立基金、科學家自由選題或根據計劃的研究范圍提出項目申請,通過竟爭性評審決定是否提供資助的國際研究計劃

(3)以開展聯合觀測,共享數據為主要內容的國際研究計劃

從運行模式來看，大科學研究國際合作主要分為三個層次：科學家個人之間的合作、科研機構或大學之間的對等合作、政府間的合作。大科學對促進各國的基礎科學研究具有很大的意義。

大科學計劃具有創新性、公共性、風險性、階段性、持續性和開放性等特點，其設計、建造和運行都圍繞重大科學目標展開，目的是“為科學技術發展提供可進行大規模觀測、試驗、分析的共享操作平臺”，以實現前沿領域突破和科學技術發展，占領未來競爭的制高點。

多年以來，美、德、法、俄及歐盟等國家和地區以及國際組織在諸多領域積極組織了數十個大科學計劃，攜手解決人類社會面臨的共同挑戰，提升了自身的國際地位和影響，推動了世界科技創新和進步。

大部分國家對參與大科學計劃均持積極態度。世界科技強國長期重視科學裝置的建設，制訂了研究基礎設施戰略規劃(路線圖)，或體現在國家整體科技發展戰略規劃之中。與此同時，“二戰”以來世界科技強國均投入巨資建設各類大科學裝置，并推進“分布式”大科學計劃的研究，發揮其對突破重大科學前沿的作用。

在大科學裝置方面，歐洲代表性的大科學工程裝置有：大型強子對撞機(LHC)、國際熱核聚變實驗堆(ITER)、歐洲X射線自由電子激光裝置(XFEL)、歐洲聯合托卡馬克核反應堆(JET)和歐洲同步輻射光源(ESRF)等。其中，2012年，大型強子對撞機(LHC)發現了性質很接近標準模型預言的希格斯粒子，這一發現是人類對物質世界認識的一個里程碑。此外，國際熱核實驗堆計劃(ITER)已經成為世界上各熱核聚變實驗裝置的核心，穩態、高約束運行模式相關重點物理及控制研究都取得了顯著成果。

作為世界頭號科技強國，美國一直走在國際大科學研究的前沿，引領世界科學研究的發展趨勢。例如，美國能源部(DOE)承擔了美國大多數最先進、最大規模的大科學裝置建設，包括相對論重離子對撞機(RHIC)、直線加速器相干光源(LCLS)、散裂中子源(SNS)等。此外，還有日本β介子工廠KEKB、20多個國家參與的平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)等，也為世界粒子物理和天體物理領域做出了突出貢獻。

在大科學計劃方面，各發達國家或國際組織均著力于將各國科學家聯合起來，開展“分布式”的前沿研究。大科學計劃的數量雖不及大科學工程多，但其作為大科學項目的一種重要的組織形式，正逐步成為未來大科學項目組織實施的主要組織形式。例如，人類基因組計劃(HGP)、全球氣候研究計劃(WCRP)、國際地圈-生物圈計劃(IGBP)、全球環境變化的人文因素計劃(IHDP)、國際海洋發現計劃(IODP)、全球生物多樣性信息網絡計劃(GBIF)、人類蛋白質組計劃(HPP)等，對地學、生物學等人類前沿領域的發展均發揮了重要作用。

改革開放以來，以發展中國家的身份，我國重點地選擇參與國際大洋發現計劃、人類基因組計劃、國際熱核聚變實驗堆計劃、國際地球觀測組織和平方公里陣列射電望遠鏡等一些國際大科學計劃和大科學工程，我國在基礎理論研究、重大關鍵技術突破等方面逐步實現了由學習跟蹤向并行發展的轉變。與此同時，相繼啟動建設了同步輻射光源、全超導托克馬克核聚變實驗裝置、500米口徑球面射電望遠鏡等數十個國家重大科技基礎設施，積極探索以我國為主的國際合作。

黨的十八屆五中全會指出要“積極提出并牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程”，2018年3月，國務院發布了《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》，提出的總體目標：

通過牽頭組織大科學計劃，在世界科技前沿和驅動經濟社會發展的關鍵領域，形成具有全球影響力的大科學計劃布局，開展高水平科學研究，培養引進頂尖科技人才，增強凝聚國際共識和合作創新能力，提升我國科技創新和高端制造水平，推動科技創新合作再上新臺階，努力成為國際重大科技議題和規則的倡導者、推動者和制定者，提升在全球科技創新領域的核心競爭力和話語權。

并制訂近期、中期與遠期目標：

• 近期目標：到2020年，培育3—5個項目，研究遴選并啟動1—2個我國牽頭組織的大科學計劃，初步形成牽頭組織大科學計劃的機制做法，為后續工作探索積累有益經驗。“

• 中期目標：到2035年，培育6—10個項目，啟動培育成熟項目，形成我國牽頭組織的大科學計劃初期布局，提升在全球若干科技領域的影響力。

• 遠期目標：到本世紀中葉，培育若干項目，啟動培育成熟項目，我國原始科技創新能力顯著提高，在國際科技創新治理體系中發揮重要作用，持續為全球重大科技議題作出貢獻。

2019年科技部發布了國家重點研發計劃“戰略性國際科技創新合作”重點專項2019年度牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程培育項目申報指南。培育項目主要支持的活動包括科學目標的凝練和前期研究、國內外研究團隊的組織、項目的國際磋商宣介，以及項目組織、管理和運行機制的設計等。項目指南支持的領域方向與經費為：

• 2019 年度支持宇宙演化和空間、地球系統與環境氣候變化、健康、能源、農業、物質科學領域的培育項目。

• 共擬支持經費15000 萬元人民幣，支持培育項目數為 3~5 個，實施周期2~5 年。

國內多個單位正在聯合組織申請國際大科學計劃，相關情況匯總介紹如下：

1. 三極環境與氣候變化國際大科學計劃。

“三極環境與氣候變化”計劃的總體目標就是構建三極環境與氣候天空地冰海一體化觀測系統，揭示三極多圈層環境與氣候變化機理，預測、預估三極與全球氣候環境的未來，為應對氣候變化、保障極地安全、構建人類命運共同體提供科技支撐。

2. 深時數字地球國際大科學計劃

“深時數字地球大科學計劃”(Deep-timeDigital Earth，簡稱DDE)將在大數據驅動下重建地球生命、地理、物質和氣候的演化，進而達到精確重建地球和生命演化歷史、識別全球礦產資源與能源的宏觀分布規律。并將通過這一計劃，為全球數百萬研究人員和科技專業用戶提供一個跨越科學領域和國家的虛擬科研環境，使其能夠存儲、共享和使用科研數據。

3. 全球干旱生態系統國際大科學計劃

全球干旱生態系統國際大科學計劃(GlobalDryland Ecosystem Programme Global-DEP)是由傅伯杰院士和Mark Stafford Smith博士共同倡導發起的國際合作計劃，它的科學目標是制定一項涵蓋全球干旱生態系統優先研究領域和關鍵科學問題的科學計劃和執行計劃，為干旱生態系統研究提供全球合作平臺。

4. 國際子午圈大科學計劃

國際子午圈大科學計劃是一個多層圈耦合、多學科交叉，通過研究空間天氣事件演化規律實現全球防震減災目的的大科學計劃。國際子午圈計劃的推廣實施將對人類命運共同體建設發揮積極的作用。

5. 化學地球國際大科學計劃

"化學地球"是繪制地球化學元素圖譜，將元素周期表上所有化學元素的含量和分布繪制在地球上，持續記錄全球化學元素的含量與分布、基準與變化等科學數據，通過基于互聯網的“化學地球”平臺，實現對全球地球化學大數據管理、展示和查詢，支撐全球自然資源與環境可持續發展，為政府決策提供科學依據，為社會提供公共服務。

6. 全球巖溶動力系統資源環境效應國際大科學計劃

“全球巖溶動力系統資源環境效應”國際大科學計劃是由國土資源部中國地質調查局提出實施的重大國際科技行動。該計劃將以地球系統科學和巖溶動力學理論為指導，建立全球巖溶環境監測網絡，研究和查明全球不同巖溶動力系統類型的碳、水、鈣循環規律和資源環境效應，突破巖溶關鍵帶資源環境科學問題的瓶頸，創新巖溶資源勘探開發和巖溶環境治理與保護科學技術體系，創建全球巖溶資源環境信息平臺，各國共繪全球巖溶一張圖，為人類提供全球巖溶公共服務信息，為不同類型巖溶地區資源可持續利用和巖溶環境治理與保護提供科學依據。該計劃的實施，對于推動巖溶領域國際合作及重大科技創新，促進全球巖溶資源的可持續利用和環境的可持續發展具有巨大意義。

7. 人類表型組國際大科學計劃

“人類表型組計劃”成為生命科學領域又一戰略制高點。“人類表型組計劃”的開展，將全面解讀人類生命密碼所需的關鍵信息。“人類表型組計劃”將系統解答基因與表型之間的具體關系和內在機制，將有助于實現疾病預防，并提出針對性的健康維護方案。將通過國際合作項目來推動，目標就是組織發起“人類表型組”國際大科學計劃。

中國提出并牽頭國際大科學計劃，將為解決世界性重大科學難題貢獻中國智慧、提出中國方案、發出中國聲音。

參考文獻：

https://www.britannica.com/science/Big-Science-science

http://www.gov.cn/zhengce/content/2018-03/28/content_5278056.htm

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https://blog.marketresearch.com/what-is-big-science-and-why-are-so-many-companies-investing-in-it