張九星, 張 偉*, 李緒志, 王 翀, 覃幫勇

(1.中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心, 北京 100094; 2.中國科學(xué)院太空應(yīng)用重點實驗室, 北京 100094)

1 引言

載人航天應(yīng)用成果管理是載人航天工程管理過程的重要環(huán)節(jié),也是空間科學(xué)與應(yīng)用成果產(chǎn)出和推廣的必要步驟,對于促進科學(xué)發(fā)現(xiàn)、社會和經(jīng)濟效益等具有重要意義。

從1961 年4 月12 日蘇聯(lián)航天員加加林搭乘東方1 號飛船進入地球軌道,開創(chuàng)了載人航天的歷史,迄今已有60 余年,其間俄羅斯、美國、中國、歐洲、日本等研發(fā)的載人飛船、貨運飛船、航天飛機、空間實驗室、空間站、載人月球探測器等系列型號任務(wù),在空間科學(xué)、空間應(yīng)用和空間技術(shù)等方面取得了開創(chuàng)性的重要成果。近年來國外載人航天空間科學(xué)與應(yīng)用研究主要依托國際空間站(International Space Station,ISS)開展[1-3],其大量應(yīng)用成果共享發(fā)布[4-5],逐漸形成了有序的成果管理生態(tài)。

從1998 年發(fā)射第一個艙段至今,ISS 已經(jīng)在軌運行20 多年,是迄今規(guī)模最大最復(fù)雜的空間科學(xué)與應(yīng)用設(shè)施,主要由美國航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA)、俄羅斯航天國家集團公司 (ROSCOSMOS)、歐洲航天局 (European Space Agency,ESA)、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu) (Japanese Aerospace Exploration Agency,JAXA)和加拿大國家航天局 (Canadian Space Agency,CSA)等航天機構(gòu)聯(lián)合建造,來自一百多個國家和地區(qū)的近5000 名研究人員開展了3300 多個科學(xué)實驗/試驗項目[6](截至2020 年10月),發(fā)表了3285 篇論文(截至2021 年10月)[7],對人類科學(xué)探索、地外長期生存、空間技術(shù)發(fā)展等做出了重大貢獻。

NASA 在成果管理方面創(chuàng)建了科技信息計劃(Scientific and Technical Information,STI),建立了STI 信息庫。針對ISS 建立并形成了相對完善的成果管理體系和平臺,俄羅斯、歐洲、日本等分別針對各自承擔(dān)國際空間站的實驗艙段和暴露平臺獨立載荷等,建立了各艙段從在軌運行到應(yīng)用研究、成果產(chǎn)出、成果收集與共享等環(huán)節(jié)的地面科學(xué)中心,構(gòu)建了科學(xué)項目信息庫、實驗資源庫和科學(xué)數(shù)據(jù)庫等,在成果管理與推廣方面獲得大量成功經(jīng)驗。

本文首先分析載人航天應(yīng)用成果的特點和分類,其次重點研究國外主要航天機構(gòu)針對國際空間站空間科學(xué)與應(yīng)用成果的管理情況,包括美國的科學(xué)數(shù)據(jù)管理、論文專利與技術(shù)報告、實驗樣品管理和成果發(fā)布等,以及俄羅斯、歐洲、日本在應(yīng)用成果管理方面的方法和案例。最后,總結(jié)國外載人航天應(yīng)用成果管理方面的特點和經(jīng)驗,提出對中國載人空間站應(yīng)用發(fā)展階段開展大規(guī)?？臻g科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)成果管理的啟示和建議。

2 應(yīng)用成果的特點與分類

載人航天工程是國家綜合國力和科技水平的綜合體現(xiàn)[8],載人航天飛行器上的載荷和試驗技術(shù)先進、創(chuàng)新性強、成果突出,在地面研制和在軌運行階段均產(chǎn)出大量的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝、新方法等。載人航天應(yīng)用任務(wù)面向科技前沿和經(jīng)濟社會發(fā)展,其應(yīng)用成果涉及生命、物理、材料、天文、地球等眾多科學(xué)領(lǐng)域,用戶群體廣泛,因此載人航天應(yīng)用成果既與載人航天應(yīng)用任務(wù)有關(guān),也與各學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)特點密切相關(guān)。

載人航天應(yīng)用成果是在空間科學(xué)、空間技術(shù)和空間應(yīng)用領(lǐng)域開展科學(xué)前沿的探索研究和創(chuàng)新性技術(shù)的應(yīng)用研究所取得的成果,按照不同屬性和載人航天工程應(yīng)用任務(wù)的特點進行如下分類:

1)按照應(yīng)用成果的物理屬性可以分為數(shù)據(jù)產(chǎn)品(地面實驗或試驗階段產(chǎn)生的有價值數(shù)據(jù)和在軌下行原始數(shù)據(jù)進行處理后獲得的各級數(shù)據(jù)產(chǎn)品)、實驗樣品(生命科學(xué)與生物技術(shù)、人體研究、材料科學(xué)、流體物理、燃燒科學(xué)等方面的實驗樣品或材料)、實驗裝置、軟件、出版物(論文、圖書等)、報告、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、知識產(chǎn)權(quán)類和其他類型。

2)按照成果的應(yīng)用與研究屬性可以分為基礎(chǔ)研究類、應(yīng)用研究類、技術(shù)研發(fā)類等。

3)按照載人航天的任務(wù)階段可以分為發(fā)射前階段、在軌運行階段、實驗樣品返回后地面研究、利用歷史數(shù)據(jù)階段等取得的成果。

3 國外主要載人航天機構(gòu)應(yīng)用成果管理

3.1 美國(NASA)

美國載人航天工程相關(guān)的空間科學(xué)與應(yīng)用項目由NASA 統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào),涉及探索系統(tǒng)開發(fā)部 (Exploration Systems Development Mission Directorate,ESDMD)、科學(xué)部(Science Mission Directorate,SMD)、空間運行部 (Space Operations Mission Directorate,SOMD)、空間技術(shù)部 (Space Technology Mission Directorate,STMD)等多個部門以及多個航天研究中心。在成果管理方面,NASA 制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[9-11],創(chuàng)建了科技信息計劃STI,收集、歸檔、發(fā)布和傳播基礎(chǔ)與應(yīng)用方面的科技信息,并獲取對NASA 和美國至關(guān)重要的全球科技信息。STI 提供的資源信息包括NASA 科技信息庫、NASA PubSpace、NASA 的科學(xué)數(shù)據(jù)資源等,科技成果類型主要包括系列報告、會議論文、期刊文章、圖書、學(xué)位論文、研究報告、公開文檔等。

國際空間站的實驗資源和成果在NASA 成果管理體系之下,科學(xué)與應(yīng)用項目的信息和成果主要由空間站研究探索系統(tǒng)(Space Station Research Explorer,SSRE)[4]集中管理,包括國際空間站在生物學(xué)與生物技術(shù)、地球與空間科學(xué)、教育活動、人體研究、物理科學(xué)、空間技術(shù)等六大領(lǐng)域的科學(xué)實驗項目和設(shè)施裝置信息等,目前收錄了2447 個實驗和184 個設(shè)施(截至2022 年12 月26 日)。每個實驗項目的信息包括科學(xué)目標(biāo)與結(jié)果、實驗描述、應(yīng)用情況、運行需求、十年調(diào)查建議、發(fā)表成果(研究結(jié)果論文、地面實驗結(jié)果論文、ISS 專利等)和相關(guān)實驗等,以及領(lǐng)域分類、PI、合作者、研發(fā)機構(gòu)、資助航天局、資助組織、飛行時間、飛行任務(wù)序列和歷史任務(wù)等。

NASA 主要通過征集與建議書綜合審查評估系統(tǒng) (NASA’s Solicitation and Proposal Integrated Review and Evaluation System, NSPIRES)發(fā)布公告征集項目,包括國際空間站科學(xué)實驗與技術(shù)項目。此外國際空間站國家實驗室(International Space Station National Laboratory,ISSNL)也建立了征集渠道,ISSNL 負責(zé)管理非NASA 的科學(xué)實驗,利用ISS 的微重力環(huán)境開展研究,產(chǎn)出經(jīng)濟社會效益?？臻g科學(xué)促進中心 (Center for the Advancement of Science in Space,CASIS)負責(zé)ISSNL的管理、征集和遴選項目等,收錄了ISSNL 相關(guān)科學(xué)實驗的成果信息和論文等。

NASA 在載人航天方面的應(yīng)用成果與科學(xué)衛(wèi)星的成果均由其管理部門和科學(xué)委員會等進行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào),主要組織關(guān)系如圖1 所示。

圖1 NASA 載人航天應(yīng)用成果管理主要組織關(guān)系Fig.1 M ain organization relationship of the utilization achievement management for NASA manned space

在SMD 的生物與物理分部 (Biological and Physical Sciences Division,BPSD)、天體物理分部(Astrophysics Division, APD)、地 球 科 學(xué) 分 部(Earth Science Division,ESD)、太陽物理分部(Heliophysics Division, HPD)、行 星 科 學(xué) 分 部(Planetary Science Division,PAD)等進行管理和協(xié)調(diào),并通過生物與物理咨詢委員會、天體物理咨詢委員會、地球科學(xué)咨詢委員會、太陽物理咨詢委員會、行星科學(xué)咨詢委員會等進行咨詢指導(dǎo),同時NASA 的首席科學(xué)家 (Chief Scientist,CS)和首席信息官 (Chief Information Officer,CIO)等對成果管理相關(guān)工作發(fā)揮重要作用。

在SOMD 載人航天能力分部 (Human Spaceflight Capabilities Division,HSCD)的人體研究項目(Human Research Program,HRP)以及國際空間站分部 (International Space Station Division,ISSD)的國際空間站國家實驗室 ISSNL 等涉及國際空間站相關(guān)應(yīng)用成果。

由STMD 管理技術(shù)轉(zhuǎn)化計劃(Technology Transfer Program,T2P),在各航天中心設(shè)置了技術(shù)轉(zhuǎn)化辦公室(Technology Transfer Office,T2O),形成了技術(shù)轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò),全面分布推動成果轉(zhuǎn)化。

NASA 的大型科學(xué)研究計劃分布在多個航天研究中心進行實施,例如,空間生物計劃(Space Biology Program,SBP)的一些研究項目或計劃主要分布在艾姆斯研究中心(Ames Research Center, ARC),物理科學(xué)研究計劃(Physical Sciences Research Program,PSRP)由格倫研究中心 (Glenn Research Center,GRC)、噴氣動力實驗室JPL(Jet Propulsion Laboratory)和馬歇爾航天飛行中心(Marshall Space Flight Center,MSFC)實施,人體研究項目HRP 由約翰遜空間中心(Johnson Space Center,JSC)等實施,地球科學(xué)技術(shù)辦公室 (Earth Science Technology Office, ESTO)由戈達德航天飛行中心(Goddard Space Flight Center,GSFC)運行,行星探索科學(xué)技術(shù)辦公室(Planetary Exploration Science Technology Office,PESTO)由格倫研究中心GRC 運行,國際空間站國家實驗室ISSNL主要由總部 (Headquarters,HQ)和約翰遜空間中心JSC 管理協(xié)調(diào)。

3.1.1 科學(xué)數(shù)據(jù)成果

由NASA 資助的科學(xué)實驗項目獲取的數(shù)據(jù)資源需要向NASA 歸檔[12],進行長期管理和開放共享使用?？茖W(xué)項目學(xué)術(shù)領(lǐng)頭人 (Principal Investigators,PIs)和檔案機構(gòu)共同負責(zé)數(shù)據(jù)使用等,研究人員需要遵守檔案機構(gòu)針對數(shù)據(jù)資源提出的要求并提交數(shù)據(jù)。

各學(xué)科領(lǐng)域建立了多個科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺[4],收集和共享數(shù)據(jù)產(chǎn)品,例如,生物領(lǐng)域的生命科學(xué)數(shù)據(jù)檔案 (Life Sciences Data Archive,LSDA)、基因?qū)嶒炇褿eneLab[13-14]和艾姆斯生命科學(xué)數(shù)據(jù)檔案 (Ames Life Sciences Data Archive,ALSDA),物理領(lǐng)域的物理科學(xué)信息系統(tǒng) (Physical Sciences Informatics,PSI),材料科學(xué)領(lǐng)域的材料與工藝技術(shù)信息系統(tǒng)(Materials And Processes Technical Information System,MAPTIS) (艙外暴露材料等),地球科學(xué)領(lǐng)域的地球觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng) (Earth Observing System Data and Information System, EOSDIS) 和 海 色 數(shù) 據(jù) 庫(NASA’s OceanColor Web,OC)的海岸帶超光譜成像 儀(Hyperspectral Imager for the Coastal Ocean,HICO)等,天文領(lǐng)域的高能天體物理科學(xué)檔案研究中心 (High Energy Astrophysics Science Archive Research Center,HEASARC),行星科學(xué)領(lǐng)域的行星數(shù)據(jù)系統(tǒng)(Planetary Data System,PDS)、太陽物理方面的空間物理數(shù)據(jù)設(shè)施(Space Physics Data Facility,SPDF)等,有些是針對國際空間站專門建立,有些依托已經(jīng)成熟的學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)資源庫,例如EOSDIS、HEASARC等?？茖W(xué)數(shù)據(jù)資源和成果信息平臺提供相應(yīng)數(shù)據(jù)匯集的接口和要求。ISS 相關(guān)主要科學(xué)數(shù)據(jù)資源庫如表1 所列。

表1 ISS 相關(guān)主要科學(xué)數(shù)據(jù)資源庫Table 1 The scientific data repository related to ISS

3.1.2 論文專利與技術(shù)報告

1)論文。NASA 將由其資助的研究成果在出版一年內(nèi)發(fā)布到公共醫(yī)學(xué)中心(PubMed Central,PMC)數(shù)據(jù)庫的Pubspace 上,是NASA 與PMC 合作實現(xiàn)的文獻資源庫。以“International Space Station”[ALL Fields] AND “nasa funded”[Filter]作為檢索條件查詢PMC,可以得到736 條檢索結(jié)果(2021 年8 月21 日)。

NASA 在發(fā)布ISS 應(yīng)用情況的同時統(tǒng)計論文發(fā)表情況,包括TOP 20 和TOP 100 期刊(Clarivate Analytics? Ranks)上的論文發(fā)表情況、各研究領(lǐng)域論文發(fā)表情況、Top 5 最高引用論文等[6-7]。ISS 項目科學(xué)辦公室管理的成果包括利用ISS 在軌實驗和設(shè)施開展研究取得的成果,也包括飛行前產(chǎn)生的成果,以及非ISS 實驗項目成員利用實驗數(shù)據(jù)取得的衍生成果等[7]。

任務(wù)書是生命和物理領(lǐng)域的文獻信息庫,包括生物與物理科學(xué)分部與人體研究計劃 (Task Book:Biological & Physical Sciences Division and Human Research Program,BPSDHRP)、前沿成果表 (SPACELINE Current Awareness Lists,SPACELINE)、PI 相關(guān)圖表等。BPSDHRP 是由科學(xué)部SMD 的生物與物理科學(xué)分部BPS 和載人航天能力分部HSCD 的人體研究項目HRP 支持的生物學(xué)、人體科學(xué)、物理學(xué)方面的數(shù)據(jù)庫,包括項目信息、進展、發(fā)表論文等,收錄了2004 年至今NASA支持研究項目發(fā)表的文獻成果等。SPACELINE包括2012-2021 年空間生命科學(xué)領(lǐng)域同行評議期刊和最新發(fā)表論文的引用,以及2003-2011 年的歸檔數(shù)據(jù)。

2)技術(shù)報告。NTRS(NASA Technical Reports Server,NTRS)也稱為技術(shù)報告服務(wù),是一個世界級科技知識庫,提供NASA 資助或創(chuàng)建的STI 信息,包括會議論文、期刊文章、專利、研究報告的元數(shù)據(jù)、引文或完整文檔,以及圖像和技術(shù)視頻等。NTRS 集成了國家航空咨詢委員會(收錄了1900-1958 年的資源)和NASA 的文檔資源(1958 年至今),包括430 萬數(shù)據(jù)記錄和超過50 萬全文文檔。非注冊用戶可以查詢到公開內(nèi)容55 萬多條記錄,以“Space Station”為標(biāo)題內(nèi)容進行查詢可以得到3.6 萬多條記錄(2021 年8 月21 日)。

NASA 的一些航天中心也建立了技術(shù)報告系統(tǒng),例如,噴氣動力實驗室JPL 的技術(shù)報告(JPL Technical Reports,JPL TRS)是1992 年以來JPL員工撰寫的技術(shù)出版物資源庫,收錄了三萬多篇報告,內(nèi)容涉及航天技術(shù)、深空探測、機器人等;蘭利的蘭利技術(shù)報告收錄超過2300 篇報告,內(nèi)容涉及航天和空間科學(xué)等。

3)效益報告。NASA 于2012 年、2015 年和2019 年先后發(fā)布了3 版《國際空間站造福人類的效益》報告。2019 年報告[15]將國際空間站的科研效益概括為產(chǎn)生重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)國計民生、推進未來探索等3 個方面。

NASA 的航天副產(chǎn)品SPINOFF(https:/ /spinoff.nasa.gov/)是NASA 以商業(yè)產(chǎn)品形式造福社會的技術(shù),主要是利用NASA 資助、技術(shù)或經(jīng)驗產(chǎn)生的技術(shù)、產(chǎn)品和程序等。自1976 年以來,已經(jīng)獲得了2000 多個SPINOFF。NASA 制定的T2P向公眾推廣探索發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新研發(fā),最大化效益。以“Space Station”查詢T2 資源庫可以得到156 條專利、136 條已獲專利、1034 個SPINOFF、114 條軟件信息和189 條公開信息(截至2021 年8 月21 日)。

3.1.3 實驗樣品管理

國際空間站的微重力科學(xué)實驗涉及大量實驗樣品,在樣品存儲、處理、共享和使用等方面開展了長期實踐,已經(jīng)形成了專門的團隊、實驗室和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

1)實驗樣品方面成立了空間組學(xué)處理國際標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)家聯(lián)盟[16],其成員主要是JAXA、ESA和NASA 資助的空間組學(xué)實驗的科研人員,開發(fā)、共享和推動空間組學(xué)實驗樣品處理的標(biāo)準(zhǔn)化和元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等。

2)針對樣品的處理和管理,目前制定了標(biāo)準(zhǔn)化的方法,例如NASA GeneLab 的樣品處理實驗室利用多年飛行任務(wù)科學(xué)數(shù)據(jù)開發(fā)了一套標(biāo)準(zhǔn)化的運行處理程序,并已經(jīng)發(fā)布GeneLab 樣品處理過程 (https:/ /github.com/ISSOP/GeneLab-sampleProcessing),包括:組織儲存和切割、均勻化、提取、DNA/RNA 質(zhì)控和問題解決、實驗準(zhǔn)備、實驗質(zhì)控和問題解決、測序參數(shù)、測序質(zhì)控和問題解決等。

3)積極推動向科學(xué)研究人員開放共享實驗樣品[5,17],具體措施包括:根據(jù)研究項目申請建議的意義、方法和創(chuàng)新性,以及申請者的專業(yè)經(jīng)歷、領(lǐng)域貢獻和研究基礎(chǔ)等進行遴選[5];空間生命與物理科學(xué)研究與應(yīng)用機構(gòu)通過NSPIRES 開展樣品研究提案征集;中小學(xué)和大學(xué)老師可以利用歷史飛行任務(wù)的實驗樣品進行課堂展示。

4)授予實驗樣品時需要簽訂相關(guān)協(xié)議,申請者需要提交利用數(shù)據(jù)或樣品進行研究后的成果(包括原始的和數(shù)據(jù)分析結(jié)果),向NASA(生物樣品對應(yīng)艾姆斯生命科學(xué)數(shù)據(jù)檔案ALSDA)提交報告并進行歸檔。

3.1.4 成果發(fā)布

國際空間站的應(yīng)用成果采用不同時間周期進行發(fā)布,包括若干年、一年、月、周等,也可根據(jù)重大發(fā)現(xiàn)具體情況不定期及時發(fā)布。NASA 每周和每年均發(fā)布ISS 科學(xué)與應(yīng)用研究的亮點成果,一般重大科學(xué)設(shè)施按照年度或每隔幾年發(fā)布一次階段性成果。

1)階段性發(fā)布成果。2013 年9 月ISS 首席科學(xué)家發(fā)布了10 項首選的科學(xué)成果[1,3],包括化療藥物新型靶向輸送方法應(yīng)用、機械臂技術(shù)衍生出腦部手術(shù)機器人、暗物質(zhì)相關(guān)問題等。2016 年11 月NASA 發(fā)布了ISS 的16 個標(biāo)志性事件和成果的動圖(https:/ /www.nasa.gov/feature/16-years-of-station-told-in-16-gifs),包括在軌組裝,第一批航天員到達ISS,拍攝的911 事件,機械臂安裝Kibo 艙段,來自NASA、CSA、ESA、JAXA 和Russia 的6 名航天員首次同時到訪以及商業(yè)飛船首次訪問、將奧運火炬帶到空間站艙外、在軌燃燒實驗、極光、日出、水泡、太空行走、DNA 測序、銀河、首次品嘗太空種植萵苣等。2020 年NASA 發(fā)布了ISS 運行20 年的20 項突破性成果[2],包括基礎(chǔ)疾病相關(guān)問題、冷焰、新的水凈化系統(tǒng)、蛋白質(zhì)晶體開發(fā)藥物、抗肌肉萎縮和骨丟失的方法、探索物質(zhì)的第五種狀態(tài)、身體在微重力下如何變化、測試組織芯片、刺激近地軌道經(jīng)濟、微重力環(huán)境下種植食物、部署立方星、獨特視角監(jiān)測地球、采集超過1000 億個粒子數(shù)據(jù)、更好地理解脈沖星和黑洞、學(xué)生參與實驗、在太空識別未知微生物、拓展膠體研究、流體物理進展、微重力環(huán)境3D 打印、自然災(zāi)害監(jiān)測等。

2)重大設(shè)施成果發(fā)布。阿爾法磁譜儀(Alpha Magnetic Spectrometer,AMS)團隊在2002 年便發(fā)表了利用發(fā)現(xiàn)號航天飛機STS-91 任務(wù)在飛行測試期間取得的成果[18];2013 年AMS-02 團隊發(fā)表首批實驗結(jié)果[19];2016 年12 月諾貝爾獎獲得者丁肇中教授發(fā)布了AMS-02 實驗在國際空間站上運行5 年的主要科學(xué)成果[20];2017 年Matteo Duranti 代表團隊發(fā)表5 年運行狀態(tài)和實驗結(jié)果[21];AMS-02 團隊于2021 年在" Physics Reports"上發(fā)表了運行前7 年的實驗成果[22];2021年5 月NASA 發(fā)布了AMS-02 在軌運行10 年對科學(xué)的貢獻[23]。此外,量能器電子望遠鏡(CALorimetric Electron Telescope,CALET)團隊于2020 年發(fā)布了前3 年實驗成果[24]。

3)亮點成果年度階段性發(fā)布。2015 年后NASA 每年發(fā)布ISS 的年度亮點成果,涵蓋了國際空間站國際合作航天機構(gòu)NASA、ROSCOSMOS、JAXA、ESA 和CSA 的成果;針對歷史成果,NASA發(fā)布了2012-2014 年的研究成果集及其Roscosmos 版本以及2000-2011 的研究成果集。

3.2 俄羅斯(ROSKOSMOS)

俄羅斯針對空間科學(xué)與應(yīng)用研究和載人航天飛行器上的科學(xué)實驗,由科學(xué)技術(shù)咨詢委員會監(jiān)督載人航天科學(xué)與應(yīng)用項目的進展,提供頂層管理建議,中央機械制造研究所發(fā)布了國際空間站各學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)實驗信息,包括實驗名稱、研究方向、類別、實驗?zāi)康?、實驗描述、?chuàng)新性、預(yù)期成果、實驗狀態(tài)、組織管理、組織機構(gòu)、發(fā)表論文等,其中研究方向包括 微重力環(huán)境下的物理化學(xué)過程與材料、地球與空間研究、太空人體、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、空間探索技術(shù)和空間研究教育與推廣等。

科羅廖夫能源火箭航天集團是國際空間站俄羅斯艙段建設(shè)和運營使用的主要組織,實施了科學(xué)研究和實驗項目,發(fā)布了2000 年至今在國際空間站俄羅斯艙段開展的各類科學(xué)實驗信息,包括目標(biāo)、任務(wù)指標(biāo)、使用的科學(xué)載荷、支持項目、預(yù)期成果、實驗結(jié)果等,其中包括2000-2012 年的人體生命研究、地球物理研究、地球資源遙感、空間生物技術(shù)、技術(shù)研究、合同活動、宇宙線研究、教育與公益項目、空間技術(shù)與材料科學(xué)、科學(xué)教育項目、外國項目等共170 多項,2013 年至今的微重力環(huán)境下的物理化學(xué)過程與材料等6 個方向,以及合同活動與實驗、根據(jù)2013 年7 月18 日NASA-Roscosmos 協(xié)議開展的實驗、俄羅斯航天員在年度醫(yī)學(xué)項目框架下完成的NASA 實驗等共110 多項。

3.3 歐洲(ESA)

ESA 針對ISS 歐洲載荷的運行建立了地面分布式設(shè)施,用戶支持與運行中心 (User Support and Operations Centre,USOC)是分布在歐洲國家的用戶支持與運行中心(簡稱用戶支持中心),負責(zé)使用和運行ISS 上的歐洲載荷,開展科學(xué)實驗的準(zhǔn)備、驗證和運行等,向研究人員和空間科學(xué)實驗項目組提供技術(shù)和運行支持。例如馬德里理工大學(xué)的西班牙用戶支持中心E-USOC 聯(lián)絡(luò)需要利用微重力環(huán)境的西班牙科學(xué)團隊,負責(zé)部分載荷運行和采集科學(xué)數(shù)據(jù)的存儲和分發(fā),包括流體、膠體、泡沫等方面的系列實驗等。設(shè)施責(zé)任中心(Facility Responsible Centres,FRC)在設(shè)施支持中心 (Facility Support Centres,FSC)協(xié)助下,由哥倫布控制中心和ESA 的任務(wù)管理團隊協(xié)調(diào)。分布在歐洲的用戶支持中心USOCs 如圖2[25]和表2[25]所示。

圖2 歐洲用戶支持與運行中心分布圖[25]Fig.2 The distribution of USOCs in Europe[25]

ESA 在載人航天應(yīng)用成果管理方面的主要組織關(guān)系如圖3 所示。歐洲載人航天相關(guān)業(yè)務(wù)主要由ESA 的載人與機器人探索部 (Directorate of Human and Robotic Exploration,HRE)(簡稱載人部)管理,科學(xué)與應(yīng)用數(shù)據(jù)和成果管理涉及ESA多個部門和歐洲多個國家。HRE 與ESA 設(shè)在歐洲空間天文學(xué)中心 (European Space Astronomy Centre,ESAC)的科學(xué)數(shù)據(jù)中心協(xié)作,開展了歷史任務(wù)、在軌運行任務(wù)和未來任務(wù)的成果信息歸檔。ESAC 主要包括ESA 天文和太陽系科學(xué)任務(wù)的科學(xué)運行中心 (Science Operations Centres,SOCs),以及ESAC 科學(xué)數(shù)據(jù)中心(ESAC Science Data Centre,ESDC)等,ESA 實驗數(shù)據(jù)由HRE 科學(xué)數(shù)據(jù)中心 (HRE Science Data Center,HRE-SDC)面向科學(xué)界開展存儲、評估和發(fā)布等,組織管理HRE的數(shù)據(jù)集,包括國際空間站、失重飛機拋物線飛行、微重力落塔、未來探索任務(wù)等多種平臺的實驗結(jié)果,并建立了載人與機器人探索數(shù)據(jù)檔案系統(tǒng)(Human and Robotic Exploration Data Archive,HREDA)的訪問服務(wù)。此外,涉及成果相關(guān)工作的組織也包括歐洲空間運行中心(European Space Operations Centre,ESOC)、歐洲航天員中心(European Astronaut Centre,EAC)等。

圖3 ESA 載人航天應(yīng)用成果管理主要組織關(guān)系Fig.3 M ain organization relationship of the utilization achievement management for ESA manned space flight

ESA 微重力科學(xué)實驗的成果信息主要由ESA HRE 的HREDA 檔案系統(tǒng)收集和管理,自1972 年以來由HRE 資助或者合作資助,在微重力環(huán)境或者地基設(shè)施開展科學(xué)實驗研究獲取的數(shù)據(jù)和項目成果信息。HREDA 由ESA 的載人部、科學(xué)部SCI(Directorate of Science)和科學(xué)數(shù)據(jù)中心SDC(Science Data Centre)聯(lián)合支持,于2020 年投入使用,取代了以前的伊拉斯謨實驗檔案(Erasmus Experiment Archive, EEA)[26]和ESA 微重力數(shù)據(jù)庫。EEA 發(fā)布了利用國際空間站、航天飛機、返回式飛行器、探空火箭、拋物線飛機、地基設(shè)施等裝置開展科學(xué)實驗的數(shù)據(jù)或信息,研究領(lǐng)域廣泛,涉及方向眾多,包括醫(yī)學(xué)健康、細胞生物學(xué)、植物生物學(xué)、微生物、輻射生物學(xué)、宇宙生物學(xué)、生物技術(shù)、材料科學(xué)、流體物理、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理、地球觀測、太陽物理等,提供的實驗信息包括研究團隊、背景與目標(biāo)、開展空間實驗的理由、過程、成果、文獻等。使用ESA 微重力設(shè)施的用戶需要向EEA提交成果信息,包括實驗名稱、研究領(lǐng)域、所屬任務(wù)、處理設(shè)施、團隊成員、聯(lián)系方式、發(fā)表論文、實驗?zāi)繕?biāo)、實驗過程、實驗結(jié)果、附件等。

ESA 的空間觀測類數(shù)據(jù)主要由ESAC 科學(xué)數(shù)據(jù)中心進行維護,提供觀測數(shù)據(jù)訪問和檢索的服務(wù)與工具,存檔了歐洲主導(dǎo)或參與研發(fā)的天文學(xué)、太陽物理和行星科學(xué)等方面的科學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)(總計662.2 TB),其中包括國際空間站的太陽自動校準(zhǔn)極紫外-紫外光譜儀數(shù)據(jù)檔案等。

此外,部分國家建立了大型載荷的數(shù)據(jù)中心和論文出版數(shù)據(jù)庫等,例如,意大利的國際空間站出版檔案庫,收集意大利空間局ASI 資助或者合作資助的實驗成果,包括國際空間站和近地軌道平臺;丹麥國家空間研究所的大氣-空間相互作用監(jiān)測器(Atmosphere-Space Interactions Monitor,ASIM)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(ASIM Science Data Centre,ASDC)從B.USOC 接收原始數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù),進行處理后向科學(xué)界發(fā)布。

3.4 日本(JAXA)

JAXA 的載人航天相關(guān)任務(wù)主要是國際空間站的日本實驗艙(Japanese Experiment Module,JEM) (Kibo),由JAXA 載人航天技術(shù)部(Human Spaceflight Technology Directorate,HSTD) 管 理。KIBO 的運行控制在筑波空間中心(Tsukuba Space Center,TSC),具體由其空間站集成與推廣中心進行研發(fā)和運行,支持開展在軌實驗。在促進成果使用方面,2005 年后JAXA 通過亞太地區(qū)空間機構(gòu)論壇促進亞太地區(qū)組織間國際合作,充分利用ISS JEM 艙的空間資源,2010 年7 月又成立了Kibo 亞洲應(yīng)用辦公室。

JAXA 發(fā)布了2 個版本的ISS 實驗項目信息,早期版本分為物理科學(xué)、生命科學(xué)、應(yīng)用利用、艙外應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)與載人航天技術(shù)研發(fā)、教育類載荷等主題。最新發(fā)布的實驗項目按照物理科學(xué)、生物與生物技術(shù)、人體研究、技術(shù)、地球與空間科學(xué)、教育活動等領(lǐng)域分類,包括正在進行、正在準(zhǔn)備、飛行分析、完成、評審等狀態(tài),每個項目提供的信息包括:科學(xué)目標(biāo)與科學(xué)成果、研究內(nèi)容與實驗描述、地球與空間應(yīng)用、運行要求與接口、發(fā)表論文等。

空間科學(xué)多學(xué)科數(shù)據(jù)主要由數(shù)據(jù)檔案與傳輸系統(tǒng)(Data ARchives and Transmission System,DARTS)收集和歸檔,發(fā)布了天體物理、太陽物理、日地空間物理、月球與行星科學(xué)、微重力科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的實驗信息,包括正在運行的艙外載荷量能器電子望遠鏡(2015)和全天X 射線成像監(jiān)測儀(2009),已經(jīng)完成的電離層、中間層、上層大氣和等離子體層繪圖,以及全球閃電與紅色精靈測量,以及Kibo 艙實驗數(shù)據(jù)檔案(Kibo Experiment Data Archive,KEDA)(包括Marangoni 實驗、晶體生長、熱物理屬性等實驗數(shù)據(jù))。KEDA 提供微重力科學(xué)實驗數(shù)據(jù),包括Marangoni、晶體生長、燃燒、熱物理屬性等方面的13 項實驗數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)等。DARTS 由ISAS/JAXA 的科學(xué)衛(wèi)星運行與數(shù)據(jù)檔案中心研發(fā)與維護。

此外,JAXA 的TSC 構(gòu)建了多組學(xué)數(shù)據(jù)庫空間生命科學(xué)綜合生物樣本庫[27-29],包括JAXA 利用小鼠棲息地任務(wù)進行實驗獲得的轉(zhuǎn)錄組、代謝組和細胞表型等,TSC 存儲了2016 年以來進行太空飛行實驗的600 多份生物樣品。日本研究人員可以首先獲得生物樣品,其次是日美開放平臺合作計劃的美國研究人員。HSTD 的任務(wù)運行與集成中心發(fā)布了空間生命科學(xué)實驗被動劑量計(PAssive Dosimeter for Life science Experiments in Space,PADLES)的探測情況和部分?jǐn)?shù)據(jù),2008 年Kibo 艙到達ISS 后利用PADLES 進行了一系列空間輻射測量,包括Kibo 艙內(nèi)區(qū)域PADLES 監(jiān)測、在空間生命科學(xué)實驗生物樣品附近精確測量樣品輻射劑量、檢測日本在軌航天員的輻射劑量、空間輻射測量國際合作項目(JAXA/ESA/ROSCOSMOS、JEM 遠程操作系統(tǒng))的艙外自由空間PADLES 監(jiān)測等。

4 國外載人航天應(yīng)用成果管理的經(jīng)驗

根據(jù)以上章節(jié)對國外主要航天機構(gòu)在載人航天應(yīng)用成果管理方面的研究和案例,尤其國際空間站空間科學(xué)與應(yīng)用實驗相關(guān)的各類成果資源管理,主要有如下特點和經(jīng)驗:

1)統(tǒng)一管理。載人航天相關(guān)的應(yīng)用成果管理是在空間應(yīng)用資源統(tǒng)一管理框架之下,與其它科學(xué)衛(wèi)星統(tǒng)一部署,遵守相關(guān)政策和規(guī)范,一定程度實現(xiàn)跨學(xué)科跨任務(wù)資源整合。國際空間站空間科學(xué)與應(yīng)用成果信息在美國NASA 統(tǒng)一集成,同時NASA、ESA、JAXA、ROSMOSCOS 等針對承研的艙段和科學(xué)實驗項目在多個國家建立了成果資源系統(tǒng)。

2)領(lǐng)域協(xié)調(diào)。國際空間站空間科學(xué)與應(yīng)用各學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)實驗、技術(shù)試驗和應(yīng)用研究及其成果管理納入到了NASA 各管理部及其學(xué)科分支機構(gòu)或科學(xué)委員會進行協(xié)調(diào)或管理,例如,生物與物理科學(xué)分部、地球科學(xué)分部、天體物理分部等,各領(lǐng)域有相應(yīng)的成果資源收集、共享和發(fā)布的信息平臺,國際空間站一方面建立專門的資源庫,同時部分研究方向依托學(xué)科領(lǐng)域已有資源庫進行成果共享和發(fā)布。

3)突出成果。重視成果管理的各個環(huán)節(jié),包括:①強調(diào)實驗項目的預(yù)期成果和應(yīng)用前景;②階段性發(fā)布成果與重大發(fā)現(xiàn)成果及時發(fā)布相結(jié)合;③突出成果在科學(xué)研究和經(jīng)濟社會的影響力,例如發(fā)表期刊、論文引用率、成果影響力等;④重視轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化,建立了專門的技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化資源庫。

4)廣泛合作。與學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、商業(yè)界和政府等開展合作,共同促進成果可持續(xù)產(chǎn)出,商業(yè)提供的載人飛船、貨運飛船、運載火箭、科學(xué)載荷等已經(jīng)在國際空間站和深空探測等方面發(fā)揮了重要作用。

5)面向國際。國際空間站成果管理的國際化程度高,建立了統(tǒng)一的項目信息平臺,涵蓋了國際合作機構(gòu)的成果情況,面向國際共享成果信息。

5 對中國載人航天應(yīng)用成果管理的啟示

5.1 現(xiàn)狀

中國載人航天工程在第一步和第二步[8]已經(jīng)成功發(fā)射和運行了神舟系列無人和載人飛船、天舟貨運飛船、目標(biāo)飛行器、空間實驗室等,取得了一大批具有重大創(chuàng)新性和應(yīng)用價值的成果。針對天宮一號目標(biāo)飛行器和天宮二號空間實驗室的應(yīng)用任務(wù)加強了應(yīng)用數(shù)據(jù)推廣使用和數(shù)據(jù)管理工作,并建立了“載人航天空間應(yīng)用數(shù)據(jù)推廣服務(wù)平臺”(http:/ /www.msadc.cn)[30-31],整合了天宮一號、天宮二號、天舟一號、以及空間站等多任務(wù)多載荷的空間科學(xué)與應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)品,提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)等。中國載人航天第三步已進入運行階段,現(xiàn)已建成核心艙和2 個實驗艙,實現(xiàn)航天員長期駐留,在空間站應(yīng)用發(fā)展階段將開展大規(guī)?？臻g科學(xué)與應(yīng)用實驗/試驗、具有支持天地往返、在軌操作與維修維護、長期在軌運行等優(yōu)勢,能夠持續(xù)開展科學(xué)實驗并獲取長周期科學(xué)數(shù)據(jù),即將進入成果密集產(chǎn)出的新階段。

中國在載人航天應(yīng)用成果管理方面開展了大量探索工作,與國際空間站應(yīng)用成果管理尚存在較大差距,主要表現(xiàn)在:尚未形成完善的成果管理體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,成果推廣和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化等工作尚需進一步加強。中國載人航天應(yīng)用成果管理須面向國內(nèi)和國際相關(guān)領(lǐng)域前沿,借鑒國際空間站已有經(jīng)驗,進一步提升綜合能力和水平。

5.2 啟示

借鑒國外載人航天應(yīng)用成果管理的特點與先進經(jīng)驗,我國在載人航天應(yīng)用成果方面需要進一步加強對各類應(yīng)用成果開展高效率高水平高質(zhì)量的成果資源管理,具體包括以下幾個方面:

1)完善應(yīng)用成果管理體系。建立載人航天應(yīng)用成果管理的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,進行多維度分類管理;制定全鏈路各環(huán)節(jié)的基本措施,加強成果收集、登記和歸檔等環(huán)節(jié),建立發(fā)布、共享和推廣等機制;全面服務(wù)各類用戶,方便獲取和使用成果;發(fā)揮科學(xué)委員會和領(lǐng)域?qū)＜以诔晒芾矸矫娴淖稍兒椭笇?dǎo)作用;明確成果管理相關(guān)工作的部門;培養(yǎng)專門從事成果管理工作的人才隊伍。

2)建立和完善跨學(xué)科領(lǐng)域的數(shù)字化成果資源信息平臺。建立成果資源庫,包括論文、圖書、研究報告、專利、軟件、著作權(quán)等,以及樣品、樣機、設(shè)備產(chǎn)品等形式成果的數(shù)字化資源庫;通過數(shù)字化平臺實現(xiàn)收集、登記、評價、共享、發(fā)布、獲取、推廣、轉(zhuǎn)化等全過程多環(huán)節(jié)多功能;推動跨學(xué)科資源整合;滿足空間站多學(xué)科領(lǐng)域大規(guī)模科學(xué)與應(yīng)用成果管理的需求。例如,利用共享科學(xué)數(shù)據(jù)或?qū)嶒灅悠愤M行研究發(fā)表的論文需要向成果管理信息平臺進行提交,每個實驗項目發(fā)布成果信息后需要共享發(fā)表論文情況,供相關(guān)科研人員研究和參考。

3)制定成果推廣策略,促進成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。落實國家關(guān)于成果管理與轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化等方面的政策;建立成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化相關(guān)機制;基礎(chǔ)研究類成果重視科學(xué)價值,應(yīng)用研究類成果重視應(yīng)用價值和經(jīng)濟社會效益等;加強實驗/試驗項目在申請、立項和成果產(chǎn)出等各環(huán)節(jié)對成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的要求,并在描述或?qū)傩孕畔⒅姓f明預(yù)期成果和應(yīng)用前景;建立成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化信息庫,促進成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。

4)提升國際影響力,促進產(chǎn)出更多高水平原創(chuàng)成果。空間站應(yīng)用發(fā)展階段的應(yīng)用成果產(chǎn)出需要面向世界科技前沿;空間站已經(jīng)征集第一批國際合作搭載項目,需要探索服務(wù)于國際合作的成果管理相關(guān)機制;巡天空間望遠鏡和規(guī)劃的高能宇宙輻射探測設(shè)施是兩大旗艦級重大科學(xué)設(shè)施,將開展大量國際合作,需要面向全世界科學(xué)家,探索能夠體現(xiàn)中國載人航天國際影響力的成果管理機制。

5)探索空間科學(xué)實驗樣品管理辦法,針對空間站應(yīng)用發(fā)展階段在空間生命科學(xué)與人體研究、空間微重力科學(xué)(空間材料科學(xué)、微重力流體物理、微重力燃燒科學(xué))等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生的大量實驗樣品,研究科學(xué)實驗樣品的存儲、處理、共享以及申請和使用等方面的管理辦法,充分發(fā)揮樣品類成果的價值;加強樣品獲取各環(huán)節(jié)和使用樣品發(fā)表成果的信息規(guī)范化等。

6 結(jié)語

國外載人航天發(fā)展60 多年,NASA 形成了相對完善的成果管理體系,ESA、JAXA、ROSKOSMOS 開展了大量成果管理工作。當(dāng)前,空間科學(xué)與應(yīng)用已經(jīng)進入大量成果密集產(chǎn)出的時代,國際空間站在軌運行二十多年,科學(xué)與應(yīng)用成果豐富,引領(lǐng)了國際微重力科學(xué)的發(fā)展,在成果管理方面建設(shè)了多學(xué)科領(lǐng)域的成果信息平臺和資源庫,集中與分布相結(jié)合,廣泛開展合作,大量案例說明國際空間站是載人航天應(yīng)用成果管理的典范。中國載人航天已進入空間站運營階段,后續(xù)將開展大規(guī)模空間科學(xué)與應(yīng)用實驗/試驗,亟需借鑒國外載人航天已經(jīng)取得的先進方法和成功經(jīng)驗,開展規(guī)范化、高效率、科學(xué)合理的成果管理工作,充分發(fā)揮應(yīng)用成果的科技、經(jīng)濟和社會效益,提升中國載人航天工程的綜合效益和國際影響力。