前言

　　美國國家航空航天局（NASA）生命與自然科學(xué)研究十年期調(diào)查實(shí)施中期評估委員會受命審查NASA在實(shí)施《2011年國家研究委員會（NRC）十年期調(diào)查報(bào)告[1]》《重拾太空探索的未來：生命與自然科學(xué)研究的新時(shí)代[2]》計(jì)劃中概述的戰(zhàn)略、目標(biāo)及優(yōu)先領(lǐng)域等方面的工作進(jìn)展。委員會任務(wù)陳述全文參見附件A。

　　委員會面臨的任務(wù)涵蓋科學(xué)、科學(xué)政策以及科學(xué)實(shí)施3大領(lǐng)域，自《重拾太空探索的未來》發(fā)表以來，這些領(lǐng)域一直處于非同尋常的演化發(fā)展過程中。為了兼顧完成任務(wù)以及考慮該領(lǐng)域中的演化問題，委員會于2017年1月至12月期間共舉行了4次人員出席的會議和多次電話會議。委員會廣泛聽取了NASA空間生命與自然科學(xué)研究與應(yīng)用局（SLPSRA）、NASA人類探索和運(yùn)行任務(wù)理事會（HEOMD）、NASA首席科學(xué)家辦公室以及NASA空間技術(shù)任務(wù)理事會（STMD）的匯報(bào)。作為2017年4月會議的一部分，在位于華盛頓特區(qū)的國家科學(xué)院大樓舉辦了一次廣泛的互動性各界輸入研討會。

　　該委員會見證了SLPSRA與國際空間站（ISS）研究計(jì)劃、以及空間科學(xué)發(fā)展中心（CASIS）內(nèi)部和國際計(jì)劃所開展的廣泛和大量的工作，這對項(xiàng)目組合產(chǎn)生影響。這種多管齊下的科學(xué)途徑符合十年期調(diào)查中普遍優(yōu)先事項(xiàng)，該調(diào)查正在重新恢復(fù)并維持由NASA領(lǐng)導(dǎo)的空間生命與自然科學(xué)廣泛的項(xiàng)目組合。委員會在任務(wù)陳述范圍中廣泛討論了這一增長的復(fù)蘇情況，同時(shí)，委員會在目前涉及到的實(shí)體的廣泛背景下，對任務(wù)陳述的范圍進(jìn)行了徹底的審查。

　　委員會的討論議題還受到來自日益商業(yè)化或私人化的空間領(lǐng)域“生態(tài)系統(tǒng)”的指導(dǎo)，這一生態(tài)系統(tǒng)正迅猛發(fā)展。這一生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)涉及使用商業(yè)運(yùn)載器到ISS，而且從更廣泛意義上說，還包括潛在的近地軌道（LEO）的進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在NASA明確其運(yùn)行將不再以ISS為重點(diǎn)的轉(zhuǎn)型期間，NASA考慮LEO內(nèi)部及圍繞的科學(xué)問題的討論尤其相關(guān)。因此，ISS能力向私人部門的潛在轉(zhuǎn)變、 以及NASA對深空更為關(guān)注的轉(zhuǎn)型，這些對委員會的審議與建議都產(chǎn)生了巨大的影響。

　　本委員會及聯(lián)合主席向NASA、CASIS以及美國廣大政府機(jī)構(gòu)的諸多非常繁忙的工作人員，特別是來自美國和國際空間生命與自然科學(xué)界的成員致謝。他們通過做報(bào)告、寫材料及參與討論等形式，為委員會提供了大量幫助。同時(shí)，特別感謝航空航天工程委員會和空間研究委員會的工作人員。雖然，從語言文字上看，這是委員會的報(bào)告，但國家科學(xué)院的工作人員以其非凡的專業(yè)知識，幫助委員會完成這一工作，而且，他們的指導(dǎo)自始至終使委員會能夠獲取信息數(shù)據(jù)并得出如此具有指導(dǎo)性的結(jié)論。沒有他們的支持，這份報(bào)告就不可能完成。

聯(lián)合主席：Daniel L. Dumbacher　Robert J. Ferl

　　美國國家航空航天局生命與自然科學(xué)研究十年調(diào)查計(jì)劃中期評估委員會

摘要

　　2011年國家研究委員會（NRC）開展的太空生物與自然科學(xué)十年期調(diào)查完成了《重拾太空探索的未來：生命與自然科學(xué)研究的新時(shí)代》報(bào)告，寫于太空探索科學(xué)演進(jìn)以支持空間探索的關(guān)鍵時(shí)期。2005年，在空間探索愿景計(jì)劃整體調(diào)整期間，空間生命與自然科學(xué)的研究日程已經(jīng)明顯縮小，這與國際空間站（ISS）2011年即將完成組裝幾乎在同一個(gè)時(shí)期。在那個(gè)變化的時(shí)期后，《重拾太空探索的未來》為空間生命與自然科學(xué)的關(guān)鍵需求提出了一個(gè)有力論據(jù)，既有助于賦予并提升美國國家航空航天局（NASA）的勘探能力，也有助于通過進(jìn)入航天環(huán)境在許多領(lǐng)域催生出獨(dú)特的科學(xué)。《重拾太空探索的未來》清晰而廣泛的闡述了微重力環(huán)境以及太空探索催生的重要科學(xué)領(lǐng)域，提出了一攬子科學(xué)問題和方法。因此，《重拾太空探索的未來》不僅展現(xiàn)了一攬子廣泛的項(xiàng)目，還為NASA在考慮重新開展空間生命與自然科學(xué)計(jì)劃以解決探索需求時(shí)提供了一個(gè)全面指南。

　　如同十年期調(diào)查實(shí)施過程中的標(biāo)準(zhǔn)做法，NASA隨后要求美國國家科學(xué)工程和醫(yī)學(xué)科學(xué)院對其負(fù)責(zé)的十年期調(diào)查報(bào)告提出的建議的進(jìn)展進(jìn)行一次中期評審。本次對NASA生命與自然科學(xué)研究十年期調(diào)查計(jì)劃實(shí)施進(jìn)展的中期評估委員會對這次中期評審的詳細(xì)任務(wù)陳述請見附件A。該任務(wù)陳述首先要求針對十年期調(diào)查報(bào)告的建議，對NASA各項(xiàng)進(jìn)展進(jìn)行一次典型的中期評估，然后要求聚焦深空探測領(lǐng)域，從而將大部分中期評估設(shè)計(jì)為進(jìn)一步十年期調(diào)查建議進(jìn)行排序的框架，即對那些能夠有利于實(shí)現(xiàn)太空探索，特別是對近地軌道（LEO）以外的深空探測領(lǐng)域進(jìn)行排序。

　　自從2011年發(fā)布這一十年期調(diào)查報(bào)告以來，NASA已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，包括航天飛機(jī)計(jì)劃的退役以及ISS（國際空間站）的成熟。NASA空間生命與自然科學(xué)研究與應(yīng)用局（SLPSRA）的組建，對十年期調(diào)查研究再次提供了關(guān)注。NASA在其內(nèi)部再次適度增加了空間生命與自然科學(xué)的預(yù)算，并邀請局外相關(guān)學(xué)術(shù)界參與該研究。此外，NASA與國際空間科學(xué)界開展合作。它還通過啟動、發(fā)展、協(xié)調(diào)由空間科學(xué)發(fā)展中心（CASIS）管理的ISS美國國家實(shí)驗(yàn)室，開創(chuàng)了私人資助太空研發(fā)項(xiàng)目。在考慮到CASIS發(fā)揮的作用時(shí)，委員會認(rèn)為美國ISS國家實(shí)驗(yàn)室滿足了開發(fā)商業(yè)空間科學(xué)為陸地應(yīng)用服務(wù)的廣泛需求，包括那些與十年期調(diào)查的優(yōu)先事項(xiàng)不一定有關(guān)聯(lián)的需求。

　　總體結(jié)果是，如今的ISS，在現(xiàn)有貨運(yùn)及人員限制下，目前正在接近其設(shè)計(jì)能力的狀態(tài)運(yùn)行，開展研究工作。隨著NASA將其工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向于深空探測，NASA將要面對重要的科學(xué)研究優(yōu)先次序分配決策。事實(shí)上，NASA在滿足ISS國家實(shí)驗(yàn)室需求的同時(shí)，面臨著創(chuàng)造性開發(fā)其探索目標(biāo)的壓力。最大限度地發(fā)揮科學(xué)的作用確保深空探測符合不斷發(fā)展的NASA探索戰(zhàn)略和ISS的設(shè)計(jì)壽命，而要平衡ISS的其他科學(xué)需求卻是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。反過來，這一挑戰(zhàn)卻與人類亞軌道空間平臺的發(fā)展、開發(fā)LEO（近地軌道）商業(yè)興趣的增加以及相關(guān)地面研究能力的擴(kuò)展相平衡。

　　十年期調(diào)查以來，NASA的探索戰(zhàn)略也有所發(fā)展。現(xiàn)在，NASA重點(diǎn)將火星作為其目標(biāo)，而且自2017年春季開始計(jì)劃在地月之間部署深空網(wǎng)關(guān)。這一總體探索戰(zhàn)略為研究重點(diǎn)及其項(xiàng)目實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。還要了解的一個(gè)關(guān)鍵要素是到2024年以及更長時(shí)間ISS和近地軌道研究的計(jì)劃和戰(zhàn)略，以及目前的國際伙伴關(guān)系資助協(xié)議情況。這些未知因素會影響人類如何完成太空探索所需的研究工作。

　　本摘要概述了自《重拾太空探索的未來》提出的一攬子科學(xué)產(chǎn)出組合以來，這些科學(xué)挑戰(zhàn)和進(jìn)展的中期評估情況。該概述還增加了NASA內(nèi)部關(guān)于研究進(jìn)展與項(xiàng)目實(shí)施過程現(xiàn)狀的發(fā)現(xiàn)部分，同時(shí)擴(kuò)展了NASA為實(shí)現(xiàn)《重拾太空探索的未來》目標(biāo)而努力吸引其參與的相關(guān)學(xué)術(shù)界的情況。在本摘要中，概述、調(diào)查發(fā)現(xiàn)及建議的組織與本報(bào)告的任務(wù)陳述保持一致。考慮到NASA的目標(biāo)是超越LEO，該任務(wù)陳述將使報(bào)告集中在空間探索上。任務(wù)陳述中明確要求，除評估進(jìn)展之外，委員會還制定一套專門針對探測的最優(yōu)先建議。本報(bào)告詳述了對一些單個(gè)科學(xué)學(xué)科的評估，并明確闡述了在此十年期間后幾年中要加強(qiáng)的與探測相關(guān)的最高優(yōu)先研究領(lǐng)域。

NASA實(shí)現(xiàn)十年期戰(zhàn)略、目標(biāo)及優(yōu)先事項(xiàng)的途徑與進(jìn)展

　　委員會認(rèn)為，NASA在計(jì)劃層面上以強(qiáng)烈和積極的態(tài)度響應(yīng)了《重拾太空探索的未來》。作為對十年期調(diào)查計(jì)劃建議的一項(xiàng)重要響應(yīng)，NASA于2011年設(shè)立了SLPSRA（空間生命與自然科學(xué)研究與應(yīng)用局），作為人類探索與行動部的一部分?！癝LPSRA為NASA生命與自然科學(xué)研究提供行政監(jiān)管，在單一管理結(jié)構(gòu)框架下，為一項(xiàng)集成研究的日程、項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)與執(zhí)行提供一個(gè)計(jì)劃層面的機(jī)構(gòu)，并且該局處于一個(gè)能夠同時(shí)理解科學(xué)價(jià)值及其在未來探索任務(wù)中的潛在應(yīng)用兩個(gè)層面的NASA理事會組織之中?！?a href="#3">[3]為支持SLPSRA與十年期調(diào)查項(xiàng)目間的關(guān)系，作為美國國家科學(xué)工程醫(yī)學(xué)院的空間研究委員會和航空航天工程委員會的一項(xiàng)活動，專門成立了空間生命與自然科學(xué)委員會[4]。提交給委員會的數(shù)據(jù)也表明，對十年期調(diào)查科學(xué)的預(yù)算也有增加。在SLPSRA成立后的幾年間，空間生命與自然科學(xué)的預(yù)算在計(jì)劃層面顯示出穩(wěn)定和改善的跡象，同時(shí)，通過科學(xué)界的參與，在科學(xué)支持及取得成就層面也得到體現(xiàn)。

　　以下發(fā)現(xiàn)及建議按其討論的章節(jié)及章節(jié)順序確定[5]。

發(fā)現(xiàn)2-1：通過成立SLPSRA，NASA以適當(dāng)和響應(yīng)性計(jì)劃的方式實(shí)施《重拾太空探索的未來：生命與自然科學(xué)研究的新時(shí)代》的整體戰(zhàn)略。通過與空間生命與自然科學(xué)委員會進(jìn)行強(qiáng)有力的互動，NASA加強(qiáng)了與十年期調(diào)查相關(guān)科學(xué)界的投入。

發(fā)現(xiàn)2-2 ：在整體預(yù)算限制的條件下，通過適度增加空間生命與自然科學(xué)的預(yù)算和任務(wù)，以及增加微重力科學(xué)跨平臺研究的多樣性，NASA為《重拾太空探索的未來：生命與自然科學(xué)研究的新時(shí)代》報(bào)告涉及的科學(xué)研究提供了支持。

建議 5-1 ：NASA應(yīng)該認(rèn)識到定期進(jìn)行發(fā)布征集研究計(jì)劃書的必要性，以便和外部研究社區(qū)維持積極的互動，開展與探索相關(guān)的空間生命與自然科學(xué)研究工作。

推薦5-9 ：鑒于資源限制，NASA應(yīng)當(dāng)在國際空間站（ISS）內(nèi)部提高空間生命與自然科學(xué)研究與應(yīng)用局的優(yōu)先地位，以解決人類探索太空的風(fēng)險(xiǎn)和未知因素，尤其是考慮到微重力研究在探索活動和ISS潛在轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的緊迫感方面的價(jià)值。這些優(yōu)先事項(xiàng)應(yīng)該在空間探索戰(zhàn)略中能夠直接追溯到，應(yīng)該與重點(diǎn)研究領(lǐng)域和相關(guān)技術(shù)聯(lián)系起來。表4可用于發(fā)起此類追溯。

發(fā)現(xiàn)4–1：自2011年開始的十年期調(diào)查，NASA已經(jīng)提出了一些探索路徑，涉及到月球、小行星任務(wù)、火星以及月地空間。NASA還使用了一套獨(dú)立的“設(shè)計(jì)參考任務(wù)”來發(fā)展其技術(shù)路線圖。探索戰(zhàn)略的這些頻繁變化造成研究調(diào)查和探索需求之間的可追溯性模糊不清。

建議5-5：NASA應(yīng)當(dāng)在其技術(shù)路線圖、設(shè)計(jì)參考任務(wù)以及探索計(jì)劃中建立并記錄研究優(yōu)先事項(xiàng)的可追溯性。

建議5-8：為了在其資源限制條件下最大限度地實(shí)施十年期調(diào)查優(yōu)先項(xiàng)目，NASA應(yīng)繼續(xù)關(guān)注所有平臺（包括塔臺、飛機(jī)、氣球、亞軌道航天器及自由航天器）以及可用于10年期調(diào)查研究的陸地類比和地面實(shí)驗(yàn)室。

　　在評估十年期調(diào)查各類任務(wù)實(shí)施進(jìn)展期間，委員會發(fā)現(xiàn)很難在該機(jī)構(gòu)中負(fù)責(zé)匯報(bào)與各自相關(guān)的十年期調(diào)查建議研究的不同部門之間進(jìn)行研究追蹤。在提交給委員會的多份材料中，盡管都明顯體現(xiàn)了NASA在總體規(guī)劃上對空間生命與自然科學(xué)的關(guān)注，但是將機(jī)構(gòu)研究項(xiàng)目與具體的十年期調(diào)查建議進(jìn)行累積對比或映射，是有問題的。

發(fā)現(xiàn)2-3：NASA采用多種途徑匯報(bào)其研究資助、出版的研究結(jié)果及各種實(shí)驗(yàn)，但這些途徑并未在各計(jì)劃和不同辦公室之間得到充分協(xié)調(diào)，因此很難全面跟蹤十年期調(diào)查的優(yōu)先項(xiàng)目。

建議5-3：NASA應(yīng)考慮對十年期調(diào)查優(yōu)先項(xiàng)目跟蹤在機(jī)構(gòu)內(nèi)各部門進(jìn)行整合，利用現(xiàn)有的、商業(yè)上可用的、著名研究報(bào)告以及在整個(gè)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的開放式科學(xué)數(shù)據(jù)庫工具，以便準(zhǔn)確、及時(shí)和可持續(xù)地獲得信息。NASA還應(yīng)當(dāng)下決心努力在ISS計(jì)劃的重大改進(jìn)方面?zhèn)鞑ナ昶谡{(diào)查的價(jià)值。

建議5-6：NASA應(yīng)進(jìn)一步平衡整個(gè)組織的溝通和報(bào)告工作。

國際空間站計(jì)劃現(xiàn)有及新興的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

　　隨著近期的月地空間探測及即將開展的火星探測，NASA正將其探索重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到LEO之外并進(jìn)入深空。在將探索日程的重點(diǎn)放在深空領(lǐng)域時(shí)，NASA必須應(yīng)對各種在機(jī)構(gòu)內(nèi)部爭奪資源的不同問題。在2014年NRC發(fā)布的《探索之路：美國人類空間探索計(jì)劃理由與方法》[6]報(bào)告中，介紹了NASA將其研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向深空探測的意義。NASA很清楚進(jìn)行深空探測的實(shí)現(xiàn)需要得到空間生命與自然科學(xué)研究的支持，至少其中一些研究需要長期使用微重力研究。

發(fā)現(xiàn)2-4：2024年后，將需要進(jìn)行勘探所需的LEO科學(xué)研究。為盡可能地滿足深空探測所需的研究，微重力研究項(xiàng)目的期限需要延長數(shù)年。

　　往返ISS所需的機(jī)組工作人員工時(shí)以及貨運(yùn)能力，尤其是從空間站返回地面的返回資源能力，是利用ISS開展科學(xué)研究的主要瓶頸，為給深空探測運(yùn)送物資做好準(zhǔn)備，需要延長在微重力條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的期限。

建議5-2：NASA應(yīng)繼續(xù)努力在國際空間站（ISS）國家實(shí)驗(yàn)室、國際合作伙伴以及空間生命和自然科學(xué)研究與應(yīng)用局之間開展協(xié)調(diào)，最大限度地協(xié)調(diào)ISS的資源，特別是涉及到在ISS平臺上開展研究時(shí)可使用的空間站人員工時(shí)以及研究優(yōu)先順序方面。應(yīng)盡最大可能繼續(xù)努力加快ISS往返貨運(yùn)能力及工作人員。

　　ISS能力的成熟為廣大研究界提供了廣泛的在LEO微重力下的儀器和設(shè)施。向委員會提交的業(yè)務(wù)陳述表明，到2017年底，ISS內(nèi)的占用空間將接近95%，Express Racks將于2018年中期滿載。同樣，ISS外部的機(jī)架和設(shè)施的占用也接近滿載。 由于ISS的研究能力將于2018年達(dá)到極限，重要的是全面利用這些設(shè)施，而不是由政府資助額外開發(fā)設(shè)施。委員會還認(rèn)識到，最近由私人開發(fā)的可用于ISS平臺的研究設(shè)施有了進(jìn)展。提交給委員會的預(yù)算數(shù)據(jù)表明，如果開發(fā)較少的新設(shè)施，可將大量資金用于利用ISS上現(xiàn)有設(shè)施開展實(shí)驗(yàn)。

發(fā)現(xiàn)2-8：自2011年十年期調(diào)查開始以來，盡管NASA一直在努力提高ISS的研究能力，但美國參與ISS在2024年將進(jìn)入一個(gè)潛在轉(zhuǎn)型時(shí)期，可能需要對ISS設(shè)施開發(fā)進(jìn)行一定的戰(zhàn)略調(diào)整，包括使用私人開發(fā)的研究設(shè)施。

建議5-7：NASA應(yīng)在ISS現(xiàn)有的硬件及研究能力基礎(chǔ)上，把實(shí)施科學(xué)研究提到越來越高的優(yōu)先地位。認(rèn)識到當(dāng)前的資金局限性、ISS轉(zhuǎn)型的時(shí)間考慮、以及對微重力研究高優(yōu)先級需求等方面的迫切要求，NASA應(yīng)最大限度地利用現(xiàn)有的ISS設(shè)施，包括私人開發(fā)的設(shè)施。

　　NASA已適當(dāng)啟動了一項(xiàng)內(nèi)部活動，開發(fā)并評估應(yīng)對2024年ISS轉(zhuǎn)型后的多種可能選擇措施。截止本報(bào)告撰寫時(shí)，尚未得出任何結(jié)論。NASA的確向委員會作了一次匯報(bào)，介紹了這一活動的進(jìn)展?fàn)顩r。為了確定并評估ISS潛在的戰(zhàn)略選擇，NASA發(fā)展了一套關(guān)鍵考慮因素清單。這些考慮因素包括美國長期開展的LEO研究，以引領(lǐng)國際合作伙伴關(guān)系、持續(xù)支持LEO的商業(yè)空間活動、培育生態(tài)系統(tǒng)以持續(xù)開展超越LEO的深空探測目標(biāo)等為特點(diǎn)，同時(shí)繼續(xù)研究和發(fā)展基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)。首要考慮的內(nèi)容是可承受性和可持續(xù)性。

建議5-10：NASA盡快制定國際空間站后2024戰(zhàn)略至關(guān)重要。這一發(fā)展在總體探索戰(zhàn)略、空間生命與自然科學(xué)研究的優(yōu)先順序、以及對機(jī)組工作人員工時(shí)、貨運(yùn)和資金方面的資源分配方面占有很重要的地位。后2024戰(zhàn)略應(yīng)該解決各種研究活動和合作伙伴之間明確的經(jīng)費(fèi)分配問題。

多贊助方科學(xué)采購?fù)緩降奶魬?zhàn)與機(jī)遇

　　國際參與者和ISS國家實(shí)驗(yàn)室的利益都被綁定成一個(gè)擁有眾多投資者、參與者和監(jiān)督者的大型軌道企業(yè)。尤其是作為ISS國家實(shí)驗(yàn)室管理方，新成立的空間科學(xué)發(fā)展中心（CASIS）給ISS帶來了重大的、非探索任務(wù)的關(guān)注度及需求。委員會認(rèn)為，對NASA和CASIS來說，在ISS進(jìn)行研究興趣的積極增長是一項(xiàng)重大成就。然而，當(dāng)NASA致力于最大化利用ISS平臺空間生命與自然科學(xué)研究滿足探索需求時(shí)，它必須處理好平衡管理這種需求的挑戰(zhàn)和那些在ISS上開展非探索任務(wù)的需求。這將使空間生命與自然科學(xué)在支持探索方面取得進(jìn)展面臨風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)現(xiàn)2-5：NASA繼續(xù)以值得贊賞的方式與ISS國家實(shí)驗(yàn)室協(xié)同發(fā)展。然而，當(dāng)NASA遇到ISS國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)施的挑戰(zhàn)時(shí)，其自身的探索優(yōu)先項(xiàng)目需要從ISS獲取研究資源也面臨著巨大的壓力，比如空間人員工時(shí)、貨運(yùn)能力以及ISS實(shí)驗(yàn)的優(yōu)先順序。這種壓力將NASA的探索研究優(yōu)先事項(xiàng)置于無法實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)之中。

　　NASA竭誠歡迎其他機(jī)構(gòu)參與太空研究；例如，其科學(xué)任務(wù)局在此方面一直很活躍。對于人類探索與行動任務(wù)局（HEOMD）和SLPSRA來說，讓其他機(jī)構(gòu)參與研究屬于相對較新的嘗試。它向其他機(jī)構(gòu)開放了微重力研究領(lǐng)域，尤其是在ISS平臺上。盡管這種參與比較積極也受到歡迎，但其他機(jī)構(gòu)仍然不太可能直接參與NASA內(nèi)部一些探索任務(wù)的科學(xué)研究。相反，其他機(jī)構(gòu)將利用NASA的設(shè)施來完成其自己的研究計(jì)劃。

發(fā)現(xiàn)2-6：NASA已經(jīng)開始與美國其他機(jī)構(gòu)、非政府研究機(jī)構(gòu)努力合作，探索微重力的科學(xué)價(jià)值。盡管對微重力研究的興趣日益濃厚，由于計(jì)劃設(shè)計(jì)上的原因，委員會無法確定任何其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)可以承擔(dān)研發(fā)和在ISS上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的全部成本。

發(fā)現(xiàn)2-7：由于NASA的ISS戰(zhàn)略要在當(dāng)前制定的2024年承諾之后發(fā)展，因此，需要對支持研究所需的全部成本進(jìn)行清晰而客觀的分析。ISS研究項(xiàng)目和CASIS活動的成本要素（如發(fā)射、人員隊(duì)伍、運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)）是評估研究活動及確定合作伙伴合理資助水平的重要因素。

建議5-4：應(yīng)加強(qiáng)與國家衛(wèi)生研究院、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所、國家科學(xué)基金會、國防部、能源部以及其他機(jī)構(gòu)的合作關(guān)系，以便更好地解決十年期調(diào)查和中期評估確定的研究重點(diǎn)，特別是探索計(jì)劃的重點(diǎn)事項(xiàng)。NASA應(yīng)考慮與空間科學(xué)發(fā)展中心就國際空間站研究分配進(jìn)行協(xié)商，以更好地解決NASA的探索優(yōu)先事項(xiàng)。

應(yīng)采取行動優(yōu)化探索的科學(xué)價(jià)值，為實(shí)施提供指導(dǎo)

　　隨著NASA制定了深空探測計(jì)劃，已經(jīng)重新關(guān)注了大量有利于實(shí)現(xiàn)最佳探測所需的科學(xué)。委員會聽取了許多自2011十年期調(diào)查以來在空間生命與自然科學(xué)方面取得的進(jìn)展介紹。委員會還從NASA以及外部科學(xué)界那里聽到建議，為了更好地支持將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向深空，仍需要開展大量的科學(xué)工作。尤其是，委員會認(rèn)識到一個(gè)相當(dāng)簡單的事實(shí)，即所有深空任務(wù)計(jì)劃絕對需要在微重力環(huán)境下度過很長一段時(shí)間，而且會在地磁圈輻射保護(hù)范圍之外。沒有任何一項(xiàng)設(shè)計(jì)參考任務(wù)計(jì)劃將大型重力引入到交通運(yùn)載工具內(nèi)。如果微重力仍然是探測運(yùn)載工具的工作環(huán)境，那么人類及其生物與自然支持系統(tǒng)必須在微重力條件下充分獨(dú)立地持續(xù)運(yùn)行數(shù)年。然而，已經(jīng)進(jìn)行的在軌開展長期空間生物實(shí)驗(yàn)的數(shù)量很少，而且已經(jīng)知道目前在ISS平臺上使用的許多自然系統(tǒng)都需要大量維護(hù)。因此，了解生命與自然科學(xué)長期處于微重力環(huán)境中的基本原理是研究的重中之重。同樣，輻射，尤其是實(shí)際暴露在真正的深空環(huán)境中的輻射，已明確是對人類的重大風(fēng)險(xiǎn)，也是深空生命與自然系統(tǒng)的重大未知風(fēng)險(xiǎn)。由于人類在LEO以外的探測經(jīng)歷的總數(shù)僅限于阿波羅時(shí)代，而且當(dāng)前在ISS平臺上進(jìn)行的長期性實(shí)驗(yàn)數(shù)量非常有限，對微重力和輻射科學(xué)研究的需求前所未有的巨大。

發(fā)現(xiàn)3-1：深空探測將在暴露于微重力和高輻射環(huán)境中進(jìn)行很長一段時(shí)間；在目前的設(shè)計(jì)參考任務(wù)中，沒有可預(yù)見的航天器或空間站上產(chǎn)生大規(guī)模重力感應(yīng)，唯一可以預(yù)防輻射計(jì)傷害的屏蔽裝置安裝在空間航天器上。因此，從根本上了解微重力和輻射對生物與自然系統(tǒng)的影響對于適當(dāng)保護(hù)宇航員和保證運(yùn)行成功至關(guān)重要。

建議3-1：隨著NASA繼續(xù)開發(fā)深空探測任務(wù)涉及長期暴露在微重力環(huán)境下的各種情景，了解長期空間輻射、微重力、小型棲息環(huán)境對人類生物學(xué)及生物與自然系統(tǒng)表現(xiàn)等的直接以及交互式的影響，需要在NASA的科學(xué)計(jì)劃中置于高的優(yōu)先地位。NASA還應(yīng)加強(qiáng)科學(xué)研究與工程團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)，以便在設(shè)計(jì)探測要素與系統(tǒng)時(shí)更好地處理綜合影響。

發(fā)現(xiàn)4-2：當(dāng)前的資助水平無法完全解決LEO以外人類探索活動的一些重大未知問題與風(fēng)險(xiǎn)。對微重力環(huán)境下人類健康與行為風(fēng)險(xiǎn)的根本性了解，以一種綜合的方式結(jié)合微重力物理與材料研究，對探索LEO以外人類鄰近環(huán)境至關(guān)重要。重大風(fēng)險(xiǎn)依然存在，尤其是在了解輻射環(huán)境及其影響、環(huán)境控制與生命支持、人類行為以及采用綜合措施保護(hù)長期在空間工作的人員健康方面。這些風(fēng)險(xiǎn)最好在各自相應(yīng)的學(xué)科中關(guān)注，以越來越綜合的方式解決。

發(fā)現(xiàn)4-3：NASA一直奉行改善內(nèi)部跨組織努力的思路，基于與技術(shù)路線圖的關(guān)聯(lián)，在整個(gè)研究與技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域開展工作。

建議5-11：NASA應(yīng)積極引領(lǐng)在本篇中期報(bào)告表4.1中確定的46個(gè)深空探測的研究重點(diǎn)，為開展探測工作提供盡可能多的“吸引力”，充分利用空間生命與自然科學(xué)研究。例如，NASA應(yīng)引領(lǐng)適應(yīng)微重力生物與體能系統(tǒng)的開發(fā)，最大限度地利用包括ISS在內(nèi)的所有可用平臺，專門用于支持“微重力優(yōu)化運(yùn)行”設(shè)計(jì)與實(shí)施的科學(xué)。

　　為了協(xié)助指導(dǎo)將探索活動科學(xué)成果回報(bào)最大化，尤其是考慮到ISS平臺剩余的在軌時(shí)間，委員會在十年期調(diào)查中，將那些對NASA實(shí)施探索項(xiàng)目來說最重要的研究事項(xiàng)進(jìn)行了確定并排出了優(yōu)先順序。表4.1對這些排序進(jìn)行了概述。這些排序都附有學(xué)科科學(xué)性敘述，為每一項(xiàng)重點(diǎn)事項(xiàng)提供了基礎(chǔ)。還列出了用于選擇和排序的標(biāo)準(zhǔn)與考慮。

　　十年期調(diào)查共提出了在7個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的65項(xiàng)具體高優(yōu)先級的建議。利用適用于深空探測的十年期調(diào)查的標(biāo)準(zhǔn)，委員會決定，這些建議中46項(xiàng)被十年期調(diào)查委員會列為與探索計(jì)劃有關(guān)的最優(yōu)先建議。然后，委員會對這46項(xiàng)建議進(jìn)行了排序，由此產(chǎn)生了表4.1，其中列出了針對探索需求的24項(xiàng)最高優(yōu)先級、12項(xiàng)較高優(yōu)先級以及10項(xiàng)高優(yōu)先級的建議。最高優(yōu)先級建議認(rèn)為需要長期開展微重力實(shí)驗(yàn)，特別是利用ISS剩余在軌時(shí)間解決生物系統(tǒng)與自然系統(tǒng)間相互關(guān)系的問題。這些建議還可作為初步深空探測計(jì)劃的指南，例如可能在深空網(wǎng)關(guān)或類似的探測航天器上進(jìn)行的科學(xué)研究（一旦這些科學(xué)計(jì)劃實(shí)施的話），這里也可以研究深空輻射與微重力融合的影響，同時(shí)與所有深空運(yùn)載航天器內(nèi)部所有匯聚的問題。

　　委員會希望強(qiáng)調(diào)“使能”研究與“使能技術(shù)支持的”研究之間在獨(dú)特的微重力環(huán)境下的緊張關(guān)系。雖然委員會認(rèn)識到經(jīng)費(fèi)有限，NASA更需要考慮優(yōu)先開展微重力研究，委員會還認(rèn)識到基礎(chǔ)研究的價(jià)值，如阿爾法磁譜儀和利用冷原子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。這些基礎(chǔ)科學(xué)研究只能長期在微重力環(huán)境中進(jìn)行。

建議5-12：委員會建議在NASA將研究組合更多轉(zhuǎn)向那些需要為深空探測開展的實(shí)驗(yàn)類研究時(shí)，需要采取一種謹(jǐn)慎的途徑，以保持那些重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)帶來的益處，特別是那些僅能通過國際空間站微重力環(huán)境開展的實(shí)驗(yàn)，還有那些已取得進(jìn)展并在長時(shí)期有可能對基本自然科學(xué)產(chǎn)生潛在重大影響的實(shí)驗(yàn)。

　　原文題目：A Midterm Assessment of Implementation of the Decadal Survey on Life and Physical Sciences Research at NASA

　　資料來源：http://www.nap.edu/24966

（黃銘瑞、王化編譯，殷永元審核）

　　[1] 在下文中也稱“十年期調(diào)查”或“2011年度十年期調(diào)查”或“2011年度空間生命與自然科學(xué)十年期調(diào)查”。

　　[2] 國家研究理事會，2011，《重拾太空探索的未來：生命與自然科學(xué)研究的新時(shí)代》，美國國家科學(xué)院出版社，華盛頓特區(qū)。

　　[3] 參見NASA網(wǎng)站“SLPSRA概述”，2017年8月3日更新，https://www.nasa.gov/content/slpsra-overview。

　　[4] 參見美國國家科學(xué)工程和醫(yī)學(xué)院網(wǎng)站“空間生命和自然科學(xué)委員會”，2017年10月5日，http://sites.nationalacademies.org/SSB/SSB_145312。

　　[5] 比如，發(fā)現(xiàn)2-1是第2章中討論的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)。

　　[6] 國家研究委員會，2014，《探索之路：美國人類空間探索計(jì)劃理論基礎(chǔ)與方法》，美國國家科學(xué)院出版社，華盛頓特區(qū)。