如何培养创新引领未来来的人

引领未来的科学计划
引领未来的科学计划
陈广仁1,朱宇1,苏青1,2&&&&
1. 科技导报社,北京100081
2. 中国科学技术出版社,北京100081
作者简介:陈广仁,副编审,研究方向为科学技术哲学,电子信箱:chenguangren@
摘要:制定、发布科学计划,对重要科学领域、重大前瞻问题的超前研判、提前部署、重点支持、集中研发具有重要的促进作用。
本文遴选、报道国际组织、科技大国2013年发布、启动的28项重大科学计划。这28项科学计划涉及航空航天、生命科学、地球环
境、能源材料、综合研发5个重要科技领域,分别是:①航空航天:“年俄罗斯航天行动”国家计划,中国“2013年航天
计划”,英国“国家航天技术计划”,日本新版“宇宙基本计划”,美国“战略太空技术投资计划”,印度“火星探测计划”,韩国“2040宇
宙远景”计划,美国“小行星捕获计划”,“年俄罗斯航空工业发展计划”,美国“XS-1空天飞机计划”;②生命科学:欧
盟“人脑工程计划”,美国“推进创新神经技术脑研究计划”,世界卫生组织“年预防控制非传染性疾病行动计划”;③
地球环境:中国“天气研究计划(年)”,中国“气候研究计划(年)”,美国“北极研究5年计划”,中国“应用
气象研究计划(年)”,中国“综合气象观测研究计划(年)”,日本“海洋基本计划()”,中国
“大气污染防治行动计划”,“国际海洋发现计划()”;④能源材料:欧盟“石墨烯计划”,美国“清洁能源制造计划”;⑤
综合研发:中国“循环经济发展战略及近期行动计划”,韩国“第三次科学技术基本计划”,法国“未来10年投资计划(PIA)”,中国
“信息化和工业化深度融合专项行动计划()”,欧盟“地平线2020”。
科学技术&&&&
科学计划&&&&
科学前沿&&&&
Science Programmes Lead to the Future
CHEN Guangren1, ZHU Yu1, SU Qing1,2&&&&
1. Science and Technology Review Publishing House, Beijing 100081, China
2. China Science and Technology Press, Beijing 100081, China
Abstract: Developed and published scientific programme aims to focus on the important fields of science, major issues ahead of the
deployment of forward-looking, focusing on support, centralized research and development. This paper selected and reported 28 major
science programmes below of international organizations, scientific and technological powers released and launched in 2013. They are:
①Aviation and aerospace: The state programme “Russia's Space Activities for ”, China “Space Program in2013”, the
UK “National Space Technology Programme”, Japanese new version of “Basic Plan for Space Policy”, the US NASA“ Strategic Space
Technology Investment Plan”, India“Mars Orbiter Mission”, South Korea “2040 Space Prospect”, the US NASA“Asteroid Redirect
Mission”, Russia“State Programme on Aviation Industry Development in ”, the US DARPA“Experimental Spaceplane
(XS-1) Program”; ②Life sciences: the EU “Human Brain Project”, the US NIH “Brain Research through Advancing Innovative
Technologies Initiative”,“Action Plan for the Prevention and Control of Non- Communicable Diseases ()”; ③Earth
sciences: China CMA “Weather Research Program ()”, China CMA “Climate Research Program ()”, the US
“Arctic Research Plan: FY”, China CMA “Application Meteorology Research Program ()”, China CMA
“Research Program for Integrated Meteorological Observation ()”, Japan “Basic Plan on Ocean Policy”, China “Action
Plan on Prevention and Control of Air Pollution”,“International Ocean Discovery Program ()”; ④Energy and material:
the EU “Graphene Flagship”, the US “Clean Energy Manufacturing Initiative”; ⑤Comprehensive R&D: China “Circular Economy Development Strategy and the Immediate Plan of Action”, China “Depth of Integration of Information Technology and
Industrialization Special Action Plan ()”, South Korea “The Third Science and Technology Basic Plan”, France
“Investments for the Future Programme”, the EU “Horizon 2020”
Key words:
science and technology&&&&
scientific programs&&&&
science frontier&&&&
20世纪初,科技研发事业即露出大科学迹象。苏联1930
年启动的“苏联太空计划”、美国1942年实施的“曼哈顿计
划”、中国1956年实施的“两弹一星”计划、美国1961实施的
“阿波罗计划”、美国1980年启动的“星球大战计划”、美国
1985年率先提出的“人类基因组计划”等重大科学计划先后
取得举世瞩目的巨大成就,使集中国家或国际力量实施科技
攻关这一大科学活动形式越来越占据重要地位。大科学指
研究目标宏大、团队合作要求高、投资强度大、学科交叉性
强、实验设备昂贵且复杂、研发成果影响深远的科技研发活
动。随着人类科学创造活动的迅速发展,大科学的特点正日
益明显、强化和突出。在大科学发展中,科学规划、科学工
程、科学计划等科技活动的组织、实施方式逐渐崭露头角。
20世纪下半叶以来,国际组织、科技大国相继制定、发
布、实施了许多目标明确、影响重大的科技计划。其中有针
对国家科技研发的战略规划,也有面向科技前沿攻关的重大
项目,还有推动全球科技进步的重大计划。为展示2013年度
国际组织、科技大国发布、实施的科学计划,本研究组查阅部
分国际组织、科技大国科技机构的网页及主流科技媒体的相
关报道,遴选、报道部分重要的科学计划。
本文所述“科学计划”,指由国家或国际组织根据科学技
术研发趋势和社会经济发展需要,针对科技研发的前沿方向
或重大问题制定、发布、实施的攻关方案。遴选科学计划遵
循的原则是:1)科学计划属于科技研发的前沿方向或重大问
题的攻关方案;2)由国际组织、科技大国制定;3)在2013年度
内发布、启动。本文报道的科学计划,按研究方向分类,以发
布时间为序。
1 航空航天计划
1.1 航空航天计划
日,俄罗斯航天署发布“年俄
罗斯航天行动”国家计划[]。
依据《关于批准的俄罗斯联邦国家规划清单》(第1950-P号)和总统令《关于国家长期经济政策》(第596号),根据俄罗斯2030年前及未来航天活动国家
政策确定的航天领域主要目标和优先级,制定的“2013—
2020年俄罗斯航天行动”国家计划,旨在载人航天飞行和无
条件完成航天领域国际义务中保持俄罗斯的领先地位,确保
有利于科学和社会经济的航天活动的安全和实施[]。该计划
的执行部门是俄罗斯联邦航天局,协办部门是俄罗斯国防
部[]。主要规划和计划有“年俄罗斯联邦航天规
划”、“年支持、发展和应用GLONASS系统”和
“年俄罗斯航天发射场发展”2个联邦专项计划,
以及“火箭航天工业优先创新项目”、“火箭航天工业发展”和
“国家规划实施保障”等子计划。
国家计划分二阶段实施:年,基于《2013—
2020年俄罗斯航天活动国家规划》专项计划确定;2016—
2020年,基于《俄罗斯联邦2020年及后续航天活动政策基础》
和《俄罗斯联邦2030年及后续航天活动政策基础(草案)》确
定的国家航天活动的主要方向确定。
该计划的优先方向是:①保障俄罗斯的空间准入权,发
展空间技术、应用和服务,履行国际义务;火箭航天工业发展
能够保障在2020年前实施对近地轨道外空间探测能力;②为
科学研究收集空间资源,保障俄罗斯在认知周围世界的形成
规律与机制、生命起源及空间能源开发和其他资源的开发领
域占据先进地位;③载人航天。2020年前的重点是继续运行
国际空间站,在国际合作探索太阳系其他行星和天体框架内
创建新载人航天工具的科技储备。
该计划的重点领域主要有:①扩展航天器轨道星座,
2015年达到95个航天器,2020年达到113个航天器;国际空
间站俄罗斯舱段扩展,2015年达到6个舱段,2018年达到7个
舱 段;②扩 展 功 能 的 新GLONASS- K系 列 航 天 器 保 障
GLONASS系 统 轨 道 星 座 的 必 要 组 成。2015年 俄 罗 斯
GLONASS全球卫星导航系统的定位精度将从现在的2.8m
达到1.4m,2020年提高至0.6m;③2020年前完成Angara A-5运载火箭系统的研制工作并投入运行,改造普列谢茨克和
拜科努尔发射场以保证其有效运行;④在俄罗斯境内建造新
的东方发射场,1期和2期工程分别于年完工;⑤
研制有竞争力的生产新工艺,发展卫星通信、对地遥感、导航
保障、遇险人员搜索救援、突发事件监控等技术;履行载人航
天和支持国际低轨道搜索和营救卫星系统若干国际义务;改
进和改造火箭航天工业,保障生产规模与2011年相比增长1
倍;⑥在基础空间研究领域,将实施项目保障俄罗斯在空间
科学的主要研究方向进入前列,计划研制3个空间天文台:光
谱UV、光谱M和γ400;⑦发展深入探索月球计划,完成“月
球-全球”轨道设备和“月球-资源”着月设备(1、2阶段)任务,
取得月壤;⑧发展全系列新技术:行星际飞行和人类在行星
表面活动技术[, ]。
俄罗斯为该计划确定了2.1万亿卢布(约700亿美元)的
保障经费。其中,年航天预算约5780亿卢布,研
发费用约占50%。
该计划落实后,2020年将可提供的服务包括:①空间通
信、广播和转播方面,研制大规模多功能空间转播系统,提高
俄罗斯低轨道对地遥感航天器、发射系统和国际空间站俄罗
斯舱段的使用效率;②发展固定通信系统、移动总统通信和无线电视广播的轨道星座,新一代航天器达到39个,能在俄
罗斯全境包括北极地区提供上述通信服务;③对地遥感设备
和水文气象观测仪器方面,通过发展全新空间系统将轨道星
座增加到24个航天器,以解决地图测绘、自然环境监测、突发
事件有效监测、自然资源勘测、北极地区监测等。
1.2 中国“2013年航天计划”
日,中国航天科技集团公司公布“中国
2013年航天计划”:实施16次宇航发射,“神舟十号”与“天宫
一号”完成载人空间交会对接应用飞行任务,进一步验证交
会对接技术的可靠性;“嫦娥三号”实现中国航天首次月球软
着陆探测和自动巡视勘察[]。
日,“神舟十号”飞船与“天宫一号”目标飞
行器成功实现自动交会对接。6月26日,“神舟十号”载人飞
船返回舱在中国内蒙古中部预定区域安全着陆,航天员聂海
胜、张晓光、王亚平健康出舱,开创了中国载人航天应用性飞
行的先河[]。日,“嫦娥三号”成功实施月面软
着陆,中国由此成为全世界第3个实现月面软着陆的国家[]。
中国航天事业自1956年创建以来,经历了艰苦创业、配
套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期,目前已在卫
星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术及静止
轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域跻身世界先进行
列,在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人
飞船试验及空间微重力实验等方面均取得重大成果。
日,中国正式实施载人航天工程(921工
程),确定了载人航天“三步走”发展战略:第一步,实现天地
往返,航天员上天并返回地面;第二步,实现多人多天飞行、
航天员出舱和太空行走、飞船与空间舱交会对接等多项任
务,并发射短期有人空间实验室;第三步,建立空间站。
按照中国中长期的航天计划,2018年前后将发射空间站
试验性核心舱,到2020年,中国在轨航天器数量将超过200
颗,年均航天发射数量将达到30次左右,“长征五号”、“长征
六号”、“长征七号”运载火箭投入商业运营,“北斗”卫星导航
系统将覆盖全球,并将完成载人空间站的建造(图 1)。
图 1图 1 中国航天计划示意(图片来源:科技日报)
1.3 英国“国家航天技术计划”
日,英国航天局公布“国家航天技术计划”
(NSTP),为英国工业加速创新、扩大商业航天市场销售的能力提供支持,巩固英国在未来国际航天计划中的优势地位[]。
该计划中,核心项目的目标是开发高度商业化的尖端太
空技术,帮助英国工业在航天领域开拓成长机遇,并提高英
国航天技术能力,主要包括:①启动“下一代”(NextGen)通信
卫星平台研制工作,主要为未来欧洲3~6吨通信卫星研制机
械平台构架;②研制一个稳固、轻型、便携式Ka波段卫星通信
终端。这个终端将为最新一代高带宽卫星宽带服务提供便
携和移动性访问服务;③开发系统和服务,用于从卫星对地
观测数据中测量陆地炭储备和变化。这种服务将提供比目
前更优的分辨率服务,并监控炭变化,类似于跟踪气候变化
的商用工具;④通过加速新型S波段合成孔径雷达设备的技
术研发,为英国NovaSAR合成孔径雷达任务提供方案。短期
项目的目标是设计和开发最新的航天产品与技术,并利用航
天技术或源于航天数据开发商业产品和服务,范围涉及卫星
通信、遥感、定位和导航及授时、机器人与空间探索等,英国
22家创新型公司将参与研发[]。
1.4 日本新版“宇宙基本计划”
日,日本宇宙开发战略本部通过未来5年
日本宇宙事业发展基本计划,出台新版“宇宙基本计划”。
日本于2009年制定“宇宙基本计划”,提出2020年前后
用机器人探测月球,争取未来实现载人探月。新版“宇宙基
本计划”将安全保障与防灾、振兴产业和宇宙科学作为太空
政策重点,明确了日本空间政策的管理体制,确立了日本空
间开发利用的基本方针,指明未来5年的日本宇宙产业,将构
建定位卫星、气象卫星、通信卫星和宇宙输送系统四大支柱,
使2020年时日本宇宙产业产值达到15万亿日元[, ]。
新版“宇宙基本计划”的具体目标是:①2017年建立由4
颗准天顶卫星组成的定位系统,并最终拥有7颗准天顶卫星,
形成日本独有的GPS定位系统。在亚洲开展卫星定位服务,
提升情报收集卫星功能。扩大地球观测卫星、通信广播卫星
市场,提高国际竞争力;②从费效比角度充分评估国际空间
站活动,探讨2015年后的参与方式;③宇宙科学和太空探测
领域,强化小行星探测器“隼”,争取获得世界最先进的成果;
④改进升级主力火箭H2A,包括正在研发的Epsilon火箭,争
取10年后每年进行一次商业卫星发射[, ]。
该计划还提出,将推进开发太空垃圾摧毁技术,并加强
太阳活动观测,开展太空天气预报[]。在军用卫星领域扩充
强化卫星侦察监视能力,加快对大数据的传送,提高图像分
发和研判能力;研制发展专用军事通信卫星,改变目前依赖
商用卫星提供军事通信服务现状;建成覆盖本土与周边地区
的导航卫星星座,推进下一代导航卫星相关技术开发。在空
间运输领域,巩固并强化日本运输能力、增强自主性;涉足空
间对抗领域,在已有空间机器人基础上,提出了抑制和减少
空间碎片的研发目标[]。
1.5 美国“战略太空技术投资计划”
日,美国航空航天局(NASA)正式发布“战
略太空技术投资计划”(SSTIP)。SSTIP为NASA未来4年的太空技术投资提供指导,内容范围覆盖20年,约每2年调整1
次,以满足NASA和美国需求,并确保其空间技术全球领导者
SSTIP是继NASA制定的一系列《空间技术路线图和优先
事项》提出的。新发布的SSTIP基于4个支柱系统目标,确保
NASA投资使得关键参与者、其他美国政府机构、私营企业和
国家经济实现利益最大化[]。SSTIP的投资重点关注有可能
彻底改变人类探索、发现及在太空时需要的突破性技术。
SSTIP创建了3个层次投资集中度:核心、相邻和互补技术投
资。其中,核心技术投资是NASA的投资重点,约占未来4年
投资总额的70%,主要包括必要技术投资及8项开创性和交
叉性技术投资。相邻技术投资为额外的高优先级投资,约占
20%,与核心技术投资密切相关;相邻技术不是核心技术的一
部分,但却是NRC提出的83个高优先级技术的一部分。互
补技术投资包括美国空间技术路线图和美国国家研究委员
会(NRC)提及的其他空间技术,约占10%
1)SSTIP核心技术投资。核心技术代表着NASA当前和
未来计划任务中不可缺少的技术投资重点领域。SSTIP框架
的8项核心技术是:①发射和空间推进技术,重点投资领域:
化学空间推进技术、非化学空间推进技术、固体火箭推进技
术、液体推进技术等;②高数据率通信技术,重点投资领域:
RF通信、近地和深空空间孔径排列技术等;③轻型空间结构
和材料,重点投资领域:重量轻、灵活性强、功能多、机电性能
好的先进材料及具备一定潜力的材料;④机器人和自主系
统,重点投资领域:推进自主技术人员操作、自主车辆系统管
理、自主交会对接和自主机器人等;⑤环境控制与生命保障
系统,重点投资领域:先进的空气再生系统、水回收技术、废
物管理和居住系统等;⑥空间辐射抑制技术,重点投资领域:
辐射风险评估模型、辐射防护系统、辐射缓解、辐射监视技
术、载人辐射预测技术等,生物化学措施和质量有效的屏蔽
功能材料和结构,发病预测预警系统;⑦科学仪器和传感器,
重点投资领域:大镜子系统和结构,遥感仪器和传感器;⑧进
入、下降和着陆(EDL)技术,重点投资领域:废弃的TPS驱动,
可重复使用的TPS,小于11km/s的刚性烧蚀TPS,充气、灵活
和可部署的TPS;其他EDL技术领域[]。
2)SSTIP相邻技术投资。具备高优先权并符合NRC推荐
的8个投资技术重点领域:①先进的发电、存储和传输技术,
增加可用功率技术等;②高效精确导航、定位和定时技术;③
舱外活动技术等;④长期健康保障技术,如医疗筛查技术、可
穿戴的生物医学传感器、人工重力处方装置、虚拟治疗师等;
⑤地面系统;⑥纳米技术;⑦建模与仿真;⑧低温热管理[]。
3)SSTIP互补技术投资。SSTIP计划中认定的互补技术
主要包括运载火箭的运输、组装、集成和处理,发射现场航天器
和有效载荷硬件包括发射平台的操作、发射处理的基础设施、发
射控制技术、减缓影响地面发射操作的环境因素技术等[]。
1.6 印度“火星探测计划”
日,印度总统穆克吉向印度国会议员表示,印度将启动首个“火星探测计划”(MOM),在全球太空竞
赛中追赶美国、俄罗斯及中国的脚步[]。
MOM于日批准,2013年10月启动,目标
是发射火星探测器,调查火星地质概况和生命起源、进化和
可持续性,拍摄火星照片,绘制火星表面地图并研究火星环
境。拟于2013年11月将探测器送入火星轨道[]。
日,在印度萨迪什·达万航天中心成功发
射了火星探测器“曼加里安号”(Mangalyaan),运载火箭为极
轨卫星运载器PSLV-C25,于当地时间14:38起飞,约45min
后将探测器送入246.9km×23566km地球停泊轨道,与预定
轨道十分接近。发射窗口10月28日开启,11月19日关闭。
按预定计划,Mangalyaan由火箭送入248km×23000km的地
球停泊轨道,经6次轨道提升后于12月1日离开地球轨道,进
入火星截获轨道,日飞抵火星,进入372km×
80000km椭圆火星轨道,在绕火星运行轨道上工作6~10月
(图 2)。目前,正在火星表面和轨道上工作的探测器有5个:美
国的“火星奥德赛号”和“火星侦察号”轨道器、“机遇号”和“好
奇号”漫游车;欧洲空间局(ESA)的“火星快车号”轨道器[, ]。
图 2图 2 Mangalyaan轨道示意(图片来源:ISRO网站)
Mangalyaan为轨道探测器,印度空间研究组织(ISRO)研
制,耗资约45亿卢比(7350万美元)。探测器发射重量约
1350kg,进入火星轨道时约为500kg。Mangalyaan的主要目
标包括技术和科学两个层面。在技术方面:①设计并实施一
项火星轨道探测任务,使探测器能开展地球轨道机动、300天
巡航飞行、火星轨道进入/捕获和绕火星做在轨运行;②开展
深空通信、导航、任务规划和管理;③融入自主能力以应对紧
急情况。在科学方面,Mangalyaan携带了5个有效载荷:①莱
曼-阿尔法光度计(LAP),用于测量氘和氢丰度比,评估火星
上水逃逸到外太空过程;②热红外成像光谱仪(TIS),制作火
星表面成分和矿物分布图;③火星外逸层中性成分分析仪
(MENCA),研究火星上层大气的中性成分;④火星彩色相机
(MCC),对火星表面地貌进行成像,监视火星上的动态事件和
天气,拍摄火卫一和火卫二照片;⑤火星甲烷传感器(MSM),
测量火星大气,寻找浓度水平仅10
-10的甲烷及其来源。
印度航天起步于1963年。日,第1颗自制
卫星从苏联发射成功;日,本土成功发射自制
卫星,成为世界上第6个可独立发射卫星的国家;2004年9月,使用超低温发动机发射地球同步卫星;日,
使用极地卫星运载火箭将返回式航天器送入太空;2008年10
月22日,“月船1号”发射升空,并探明月球上存在水。1963
年,印度在顿巴建立了第一个火箭发射台并成功发射了第1
枚火箭,目前印度拥有4类自制运载火箭:卫星运载火箭3
(SLV-3)、加大推力运载火箭(ASLV)、极地卫星运载火箭
(PSLV)和地球同步卫星运载火箭(GSLV)[, ]。
1.7 韩国“2040宇宙远景”计划
日,韩国公布“2040宇宙远景”计划,拟在
“罗老号”基础上,2040年实现扩充太空运送系统、扩张地球
轨道太空领域和太空勘探三大目标。韩国航空宇宙研究院
(KARI)表示,2040年将在地球低轨道上运行60吨级多功能
空间站,并开发出载人宇宙飞船。
根据“2040宇宙远景”计划,对于近地轨道,2020年研制
出1吨级50km高度无人宇宙飞船;2030年研制出10吨级
100km高度载人宇宙飞船;2040年研制出10吨级400km高
度载人宇宙飞船和60吨级400km高度空间站。外太空探测
方面,2020年研制出发射环月飞行器和月球探测器;2025年
研制出月球返回式飞船;2026年研制出火星飞行器;2030年
研制出火星登陆舱;2032年研制出小行星返回式飞船;2036
年研制出深太空探测器;2040年研制出太空观测望远镜。罗
老宇航中心是低轨道卫星发射场,发射静止轨道卫星时可以
与赤道附近国家合作,也可以利用移动型海上发射场。韩国造
船技术先进,因此制造搭载海上发射场的船舶具有优势[, , ]。
2013年11月,韩国政府公布了新的“宇宙中长期开发计
划”,核心内容是自主研发火箭,争取在2020年实现探月、
2030年实现探火星、2040年探测小行星的蓝图(图 3)。韩国
按照“宇宙中长期开发计划”,制定了“韩国太空开发中长期
计划”、“太空技术产业化战略方案”、“韩国火箭研发计划(修
订案)”3个主要航天计划。根据计划,韩国将在2017年前自
主开发出75吨级火箭引擎,并对性能进行检测(试射);2020
年前自主开发出运载火箭,争取将探测船(轨道船、无人着陆
船)送往月球;2030年开始探测火星;2040年探测小行星[]。
图 3图 3 韩国航天计划示意(图片来源:环球网)
1.8 美国“小行星捕获计划”
日,美国航空航天局(NASA)公布“小行星
捕获计划”(ARM)[],计划于2025年前在月地空间确定、捕获
和迁移1颗小行星(图 4),改变其轨道,使之变成月球卫星,成为航天员登陆火星时的补给中转站。小行星与地球相撞的
概率很小,但在地球发展史上确有先例,因此,ARM计划对于
人类避免小行星撞击地球具有重要价值;其次,捕获小行星
有助于开发小行星采矿技术、揭示太阳系形成奥秘、验证长
距离太空飞行技术等[]。捕获、拖拽,然后载人探测,将对人
类登陆其他近地小行星、火星、火卫一、火卫二和载人探访小
行星带提供直接经验。
图 4图 4 ARM小行星捕获方案(图片来源:NASA网站)
2013年4月,NASA对目标小行星进行了初步筛选,小行
星尺寸定位在7.6m左右,质量约500吨。之后ARM进入方
案设计阶段,NASA审查了96个捕获方案。其中,主要方案由
NASA与加州理工学院共同编制,由“宇宙神5号”火箭携带小
行星捕获舱执行任务。捕获舱靠近小行星时,释放出一直径
约15m的巨大“袋子”将其裹住;成功“网”住小行星后,打开
推进器将其推离原有轨道,进入月球轨道成为绕月卫星。整
个任务耗资约26亿美元[, ]。
NASA计划“捕获”小行星行动在2020年前进行,2021年
4月派遣航天员登陆拖拽到月球轨道的小行星,采集岩石样
本并进行全面考察,整个计划2025年完成。该计划将有助于
NASA在21世纪30年代中期实施载人登陆火星计划。
ARM是美国NASA的又一个异想天开的载人航天计划,
也是人类有史以来第一次尝试移动一颗太空天体的计划。
目前,虽然NASA做了很大努力,但这个计划在美国国会和学
术界却备受争议。争论的焦点是该计划的实现取决于在一
个规定时间段内,是否有符合设想的小行星经过月地空间而
又不会对地球构成威胁?该计划是否确实对火星探索等长
期太空飞行有益?是否会分散NASA对实施载人火星探索的
精力?因此该计划能否顺利实施,还有很大的不确定性[]。
1.9 “年俄罗斯航空工业发展计划”
日,俄罗斯批准了“年俄罗斯
航空工业发展计划”,拟于3年内投入3000亿卢布资金。该
计划依据《年俄罗斯航空工业发展纲要》制定,目
标是加强俄罗斯航空工业竞争力,实现军用航空与民用航空
的良性发展,使俄罗斯这一世界第三大航空器制造国重返国
际市场,重振昔日雄风[]。
该计划包括4项具体任务:完成新型MS-21-300第4架
飞行样机制造、米-38直升机生产计划、卡-62直升机适航许可和别-200飞机的欧洲许可。若计划顺利实施,预计民用和
军用飞行器占世界航空市场的份额将分别升至3.6%和
11.9%。未来客机中最受关注的是MS-21中程干线客机。
MS-21将具有适应各种恶劣天气、可在高海拔地区降落等新
特性,计划于2017年投入运营。俄罗斯希望用它逐渐取代
图-154和图-204客机,并与波音737和空客A-320竞争[, ]。
苏联曾是航空大国,苏霍伊、米格、图波列夫等设计所的
军用和民用机享誉世界。20世纪80年代末的顶峰时期,苏联
的军用飞机和民用飞机一度占世界航空市场份额的40%和
25%。苏联解体后,俄罗斯航空业产量急剧缩减,现在俄罗斯
在世界航空市场的份额不超过4%。
1.10 美国“XS-1空天飞机计划”
2013年9月,美国国防部预先研究计划局(DARPA)公布
“XS-1空天飞机计划”,意在打造新一代无人太空飞机,为建
立未来高超音速太空机队奠基[]。
XS-1计划旨在发展完全可重复使用的无人驾驶飞行器,
它能像飞机一样水平起降,进入太空将小型卫星送入轨道。
XS-1计划的目标是寻求能够更快速更廉价地发射小卫星,发
展新一代高超声速飞行器相关技术,同时火箭系统用做高超
声速研究平台[]。
XS-1计划的关键技术指标为:10天内飞行10次;最大飞
行速度10Ma以上,并发射一典型小型载荷进入轨道;实现将
一次发射磅级(约kg)载荷进入太空的
成本降低至500万美元以下。关键技术挑战包括:①制作可
重复使用火箭第一级飞回式助推器;②制造具有鲁棒性的机
体结构;③制作耐用的低维护度防热系统;④重复使用、长寿
命、高推质比及经济可承受的推进系统[]。
XS-1计划分3个阶段实施:初始设计和风险降低,最终
设计、制造、集成和测试,飞行试验。第一阶段主要是评估技
术可行性和达成项目目标的技术途径,主要任务包括:①发
展XS-1演示验证飞行器;②识别和开展核心部件技术及工
程过程的关键风险降低工作;③发展一套XS-1系统能力制
造和试飞的技术成熟计划[, ]。
2014年7月,DARPA向波音公司(与Blue Origin公司合
作)、Masten太空系统公司(与XCOR航宇公司合作)、诺格公
司(与维珍银河公司合作)3个竞标团队售出XS-1计划第一
阶段的主合同[]。按照时间表,XS-1空天飞机将于2017年底
首次飞行,2018年进行轨道飞行试验[]。
2 2013 生命科学计划
2.1 欧盟“人脑工程计划”
日,欧盟委员会宣布“人脑工程计划”入选
欧盟未来和新兴技术的旗舰项目,日开始实
施,在未来10年将获得10亿欧元科研经费,资金的主要来源
是欧盟的地平线2020计划(Horizon2020)[]。
人脑工程旗舰项目旨在深入研究和理解人类大脑的运
作机制,在大量科研数据和知识积累的基础上开发出新的前沿医学和信息技术,通过建立综合的基于信息通信技术的研
究平台研发出最详细的人脑模型,通过超大型计算机模拟人
脑细胞、化学性质和连接性,以求更好地了解大脑功能及其发
育[, , , ]。该计划包括13个子项目和6个平台,研究团队由欧洲
24个国家、12个研究地区的112个脑神经科学、生命科学、临
床医学、大型计算机和机器人技术研究机构组成(图 5)[]。
图 5图 5 人脑工程旗舰项目前景(a)和核心项目活动(b)
(图片来源:EU-HBP网站)
该计划确定在30个月时间内,到2016年建设或完善6座
大型实验与科研基础设施,分别涉及神经信息学、大脑模拟、
高性能计算、医学信息学、神经形态计算和神经机器人学领
域。实验分析与技术科研平台将对全球科技人员开放,并诚
邀世界顶尖科学家参与旗舰项目的研发创新活动[, ]。
2.2 美国“推进创新神经技术脑研究计划”
日,美国政府正式公布“推进创新神经技术
脑研究计划”(简称“脑计划”),该计划被认为可与人类基因
组计划相媲美[]。
“脑计划”的核心内容是综合运用功能核磁共振、电子或
光学探针、光学成像、平行电极阵列、功能纳米粒子、光遗传
学、合成生物学等新技术,探测、记录人类大脑活动;开发能
够同时记录海量神经元脑电活动的技术,探索人类大脑工作
机制、绘制脑活动全图,推进对人类大脑神经细胞的理解,加
深对感知、行为和意识的研究,揭示人脑高能效、高可靠性之
谜,寻找治疗阿尔茨海默症、帕金森症、精神分裂症、自闭症、
癫痫和创伤性脑损伤等脑部疾病的新方法。期望能够帮助
我们了解数十亿神经细胞是如何协同工作以产生人类思想、
感情和行为,由此带动一批新的技术进步。
“脑计划”预计耗时10年、投资数十亿美元。参与者包括
国家卫生研究院、国防部高级研究项目局、国家科学基金会
等联邦机构,霍华德·休斯医学研究所、艾伦脑科学研究所等
私营机构,以及神经学家和纳米科学家研究团队(图 6)[, ]。
图 6图 6 美国“脑计划”示意
(图片来源:Nature,74):26-28)
“脑计划”初次在2014年投资1.1亿美元,重点资助9个
大脑研究领域:统计大脑细胞类型,建立大脑结构图,开发大
规模神经网络记录技术,开发操作神经回路的工具,了解神
经细胞与个体行为的联系,将神经科学实验与理论、模型、统
计学等整合,描述人类大脑成像技术机制,建立收集人类数
据机制,知识传播与培训[]。
脑科学对于基因学、细胞生物学、生理学、生物信息学、
解剖学、行为科学、信息技术、纳米技术和营养学都有重要作
用,被视为科研领域“皇冠上的明珠”,成为近20年来发展最
快的学科之一。美国曾将20世纪90年代命名为“脑的10
年”;美国国立卫生院(NIH)2009年启动“人类连接组计划”,
目标是使用静息态功能磁共振、弥散磁共振成像、EEG、MEG
等脑成像技术,绘制出不同活体人脑功能、结构图谱。随后,
日本制定了“脑科学时代”计划,欧盟、德国、英国、瑞士也推
出了神经科学研究计划。目前,全球脑科学研究已深入到细
胞和分子水平,主要研究方向包括:阐明神经元特殊的细胞
和分子生物学特征,揭示神经元之间各种不同的连接方式,
鉴别神经元间的差异,了解神经元如何产生、传导信号以及
这些信号如何改变靶细胞的活动,阐明神经系统疾患的病
因、机制,探索新的治疗手段等。未来将从分子、细胞到神经
网络、大脑不同层面进行研究[, ]。
2.3 世界卫生组织“年预防控制非传染性疾病
行动计划”
日,第66届世界卫生大会在日内瓦通过
了世界卫生组织提出的“年预防控制非传染性疾
病行动计划草案”[, ]。该计划期望通过在国家、区域和全球
层面开展多部门协调与合作,减少非传染性疾病导致的可预
防和可避免的发病率、死亡率,使所有人群在各个年龄都能
达到最高能达到的健康和生产力标准;根据不同的目标,向
世界卫生组织成员国、秘书处和国际合作伙伴分别提出了相
应建议。各会员国将以此为基础,考虑制定本国的非传染性
疾病目标和指标。
该计划指出,非传染性疾病是重大的公共卫生挑战,必
须在全球、区域和国家层面通过强有力的领导和紧急行动减
轻这类疾病的影响。该计划的重点是心血管疾病、癌症、慢
性呼吸系统疾病和糖尿病4类发病率和死亡率最高的非传
染性疾病,针对此设定了9个全球目标和25个指标[]。
该计划制定了全球非传染性疾病预防和控制综合监测
框架[],以监测有关非传染性疾病的国家战略和计划的执行
趋势,并评估有关的进展情况。这一全球综合监测框架包括
非传染性疾病所致过早死亡、有害使用酒精、身体活动不足、
盐/钠的摄入及烟草使用等25个指标。
9个自愿性全球目标是:①死亡率和发病率:非传染性疾
病所致过早死亡率降低25%;②国家系统的应对:非传染性
疾病的基本药物和技术覆盖面达80%,药物治疗和咨询服务
覆盖面达50%;③非传染性疾病危险因素:有害使用酒精减
少10%,身体活动不足减少10%,盐/钠的摄入减少30%,烟草
使用减少30%,血压升高减少25%,糖尿病/肥胖保持不变。
25个指标是:①死亡率和发病率:30~70岁人群因心血管
疾病、癌症、糖尿病、慢性呼吸系统疾病死亡的无条件概率,
按类别划分的癌症发病率;②危险因素:有害使用酒精,水果
和蔬菜摄入量过少,身体活动不足,盐摄入,烟草使用,血糖
升高/糖尿病,血压升高,超重和肥胖,总胆固醇升高;③国家
系统的应对:宫颈癌筛查,药物治疗和咨询服务,非传染性疾
病基本药物和技术,乙肝疫苗,人乳头瘤病毒疫苗,针对儿童
的营销,姑息疗法可及性,制定政策以限制饱和脂肪并最终
消除反式脂肪。
3 地球环境计划
3.1 中国“天气研究计划(年)”
日,中国气象局正式发布“天气研究计划
(年)”,旨在扎实推进气象科技创新体系建设、更
加有效推动现代气象业务发展和气象现代化建设提供重要
的基础和保障[, ]。
该计划的战略重点是:①加深对台风、暴雨、强对流等重
大灾害性天气发生发展规律和机制的认识,夯实驱动现代天
气业务发展科学基础;②发展先进的、以数值预报技术为重
点的客观天气预报技术方法,推动现代天气业务技术持续进
步。围绕战略重点,该计划确定了4条研究主线:①重大灾害
性天气发生发展的多尺度规律和演变机制及0~30天无缝隙
预报方法;②以GRAPES全球数值预报系统为重点的数值预
报关键技术和系列业务系统;③卫星、雷达等遥感资料在天
气业务中的综合和定量应用技术;④0~10天精细化气象要素
客观预报技术方法[]。
该计划包括6个重大专项、9个重点领域、51项优先主
题、9项区域特色和5个基础支撑平台。重大专项的6个主攻
方向是:高分辨率GRAPES全球同化与数值模式关键技术研
发,登陆台风雨分布监测及精细预报关键技术研究,雷暴大
风线状对流系统发生展规律及其预报技术研究,华北暴雨发
生展机制和预报方法研究,中国西部山地突发性暴雨预报理
论和方法研究及其在山洪地质灾害预警中的应用,城市群陆
气相互作用机制及边界层参数化方案研究。9个重点领域
是:多源资料融合分析与应用,数值天气预报,强对流天气预
报,定量降水与精细化气象要素预报,台风与海洋气象预报,
沙尘暴、雾霾等天气预报,中期延伸预报,气象灾害监测与风
险评估,空间天气。基础支撑平台的5个主题是:专业化预报
数据管理及应用支持关键技术,新一代MICAPS系统框架,专业化预报平台关键技术,强天气监视预警及报产品加工关键
技术,高分辨率数据可视化、云GIS等新技术应用。
3.2 中国“气候研究计划(年)”
日,中国气象局正式发布“气候研究计划
2009年,中国气象局首次编制印发了“气候研究计划
(年)”。借鉴第三次世界气候大会提出的全球气
候服务框架(GFCS)发展思路,围绕2020年中国气象现代化
战略目标,结合中国气候业务现状、发展需求和国际科技发
展趋势,修订形成了“气候研究计划(年)”
该计划包括6个重大专项、6个重点领域、61项优先主
题、5项区域特色和2个基础支撑平台。重大专项包含的6个
主攻方向是:全球与亚洲区域气候监测诊断业务系统及其关
键技术研发,气象灾害风险综合定量评估关键技术研究,地
球气候系统模式发展及气候预测和气候变化模拟预估系统
研制,亚洲区域大范围旱涝气候的形成机制及其预测理论与
方法研究,全球气候变化事实、影响机制与综合评估的关键
基础科学问题研究,亚洲区域地面观测均一化气候数据集建
立。6个重点领域是:面向业务和科研的气候基础数据集及
应用,气候监测诊断,气候预测,气候变化,气候影响评估与
灾害风险管理,气候系统模式。基础支撑平台的2个主题是:
国家级、区域和省级一体化气候业务综合平台(CIPAS),中国
气候服务业务平台[]。
3.3 美国“北极研究5年计划”
日,美国总统行政办公室和国家科技委员
会联合发布了“北极研究5年计划”,确定了美国
年北极研究路线图。
该计划强调在7个重点领域开展研究:海冰和海洋生态
系统,陆冰及生态系统,地表热量、能量和质量平衡的大气系
统,观测系统,区域气候模型,区域可持续的气候适应工具,
人类健康等。为实施该计划,美国现有和将要建设的研究设
施包括空基、海基、飞机、地面站等。
该计划要求美国农业部、环境保护署、国家大气和海洋
管理局、国家科学基金会及史密森学会等共同努力,评估北极
地区对于气候变化的弹性和脆弱性,以便为北极地区的居民、
政策制定者和社区领导者应对和适应气候变化提供依据[]。
美国政府一直高度重视北极研究,1984年即出台了《北
极研究和政策法案》,并成立了美国北极研究政策联合委员
会。日,美国政府发布《北极地区国家战略》,
认为北极是地球上最后需要开拓的疆土之一,再次提出通过
科学研究提高对非极的认识,扩大对北极水域、太空及海岸
地区的观测能力,以实现美国在北极的安全、经济等利益[]。
3.4 中国“应用气象研究计划(年)”
日,中国气象局正式发布“应用气象研究计
划(年)”
以“应用气象研究计划(年)”等计划为基础,
围绕2020年中国气象现代化战略目标,结合应用气象领域国际科技发展趋势,以实现粮食生产安全、气象防灾减灾、生态
文明建设、应对气候变化的应用气象业务整体水平的提升为
目标,修订并形成“应用气象研究计划(年)”
该计划包括6个重大专项、6个重点领域、47项优先主
题、6项区域特色、3个基础支撑平台。重大专项包含的6项
主攻方向是:重大农业气象灾害的形成机制与风险调控,三
维云-微物理过程探测技术与模式研究,大气环境容量与区
域生态文明建设,边界层内风特性及应用关键技术研发,气
候变化下中国主要农作物高效利用气候资源的过程与调控
机制,区域大气水循环与云降水效率研究。6个重点领域是:
农业适应气候变化,农业气象灾害防御,次生与衍生气象灾
害防御,人工影响天气,环境气象监测预报,气候资源开发利
用。基础支撑平台的3个主题是:农业气象综合试验与业务
支撑平台,人工影响天气试验与业务支撑平台,公共气象服
务业务支撑平台[]。
3.5 中国“综合气象观测研究计划(年)”
日,中国气象局正式发布“综合气象观测研
究计划(年)”[]。
参考世界气象组织(WMO)的全球综合观测系统(WMO
Integrated Global Observing System,WIGOS)计划、美国国家
海洋和大气管理局(NOAA)的新一代战略计划,在《综合气象
观测系统发展规划(年)》、“综合气象观测研究计
划(年)”的基础上,修订形成“综合气象观测研究
计划(年)”
该计划的研究重点为:①继续加强重要和关键设备及传
感器研制,微波、激光等气象遥感观测新技术和新一代天气
雷达、气象卫星探测技术等研究;②大力推进综合气象观测
方法及产品研究,包括天地空相结合的大气垂直综合观测技
术和多源三维综合观测数据集成技术;③加强综合气象观测
与预报和服务的交互式研究。
该计划包括6个重大专项、8个重点领域、44项优先主
题、5项区域特色、3个基础支撑平台。重大专项的6个主攻
方向是:天地空相结合的大气垂直综观测技术研究,多源观
测数据集成技术及综合评估分析研究,直接支撑气象业务的
集约化数据环境构建技术研究,新一代天气雷达观测技术研
究,新一代风云气象卫星探测技术及应用先期研究,不同观
测系统对数值预报的影响与试验研究。8个重点领域是:台
站综合气象观测,地基气象遥感观测,卫星气象与空间天观
测,综合气象观测方法及产品,观测系统与预报交互研究,综
合气象观测试验,综合气象观测系统保障,气象信息技术。
基础支撑平台的3个主题是:气象专用设备性能测试和质量
检验集成平台,综合气象观测试验基地,遥感卫星辐射校正
与真实性检验观测平台[]。
3.6 日本“海洋基本计划()”
日,日 本 政 府 通 过“海 洋 基 本 计 划
()”,将把振兴海洋产业作为新的经济增长点,官
民并举推动海洋资源、能源开发,培育新的海洋技术和海洋经济领域[]。
日本《海洋基本法》2007年正式生效。根据这一基本法,
政府负责全面、有计划地实施海洋政策,制定《海洋基本计
划》,每5年修订1次,作为日本中期海洋战略的基本指南。
“海洋基本计划()”将培育壮大海洋经济定位为
新的经济增长点,旨在加强海洋资源调查,发展资源开发尖
端技术,推进海洋资源的产业化。
根据该计划,日本新改变的海洋能源政策将着力开拓清
洁能源,强化海洋自然灾害对策;拓宽稀土、石油、天然气、可
燃冰等海洋能源的开发渠道。年海底资源开发
的重点是甲烷水合物,海洋可再生能源开发的重点是海上风
力发电,海洋矿产开发的重点是勘探和试开采稀土矿。目标
是海洋资源、能源开发、新海洋产业与市场培育一体化,通过
对海底矿物资源、可燃冰的开发,既获取资源能源,又发展开
采平台、深海挖掘机、采掘船舶等海洋产业,并率先发展领先
的海洋资源开发技术,从而促进日本企业的国际海洋产业竞
争。设定的日程为:年将致力于调查周边海域甲
烷水合物及稀土储藏量;2018年前为商业开采海底可燃冰确
立全套技术基础;年扶持私营企业参与海底热液
矿床商业化项目,并逐步实现商业化开采[]。
值得注意的是,根据该计划,日本将加强周边海域的监
视及重大事态应对能力,确立岛屿的情报搜集与警戒监视体
制,有计划地装备海上保安厅和自卫队的舰船与飞机,并加
强两者的行动合作及情报共享[]。
3.7 中国“大气污染防治行动计划”
日,中国国务院发布“大气污染防治行动
计划”,提出经过5年努力,全国空气质量总体改善,重污染天
气较大幅度减少;京津冀、长三角、珠三角等区域空气质量明
显好转。力争再用5年或更长时间,逐步消除重污染天气,全
国空气质量明显改善。到2017年,全国地级及以上城市可吸
入颗粒物浓度比2012年下降幅度超过10%,优良天数逐年提
高;京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别约下降
25%、20%、15%。
据此目标,该计划确定了10项具体措施:①加大综合治
理力度,减少多污染物排放;②调整优化产业结构,推动产业
转型升级;③加快企业技术改造,提高科技创新能力;④加快
调整能源结构,增加清洁能源供应;⑤严格节能环保准入,优
化产业空间布局;⑥发挥市场机制作用,完善环境经济政策;
⑦健全法律法规体系,严格依法监督管理;⑧建立区域协作
机制,统筹区域环境治理;⑨建立监测预警应急体系,妥善应
对重污染天气;⑩明确政府企业和社会的责任,动员全民参
与环境保护[]。
3.8 “国际海洋发现计划()”
2013年10月,“国 际 海 洋 发 现 计 划()”
(IODP)开始实施,周期10年,由众多地球、海洋、
大气及生命科学家进行运作,26个国家参与并提供经费,承
诺分享科学数据、扩大对公众的服务范围。
国际综合大洋钻探计划”(Integrated Ocean Drilling Program,IODP)1968年始于美国,是地球科学领域规模最大、历
时最久的大型国际合作计划,成果改变了整个地球科学的发
展轨迹,并始终站在国际地球科学创新前沿。它经过了40年
的3个阶段:DSDP,;ODP,;IODP,
。2013年9月结束后更名为“国际海洋发现计划”
(International Ocean Discovery Program,IODP)[]。1998年,中
国作为“参与成员”加入ODP计划;1999年,中国参与南海实
施的首个大洋钻探;2014年,中国成为“全额成员”[, , ]。
“国际海洋发现计划()”致力于引领海底研
究,而不仅仅是提出科学问题和单个钻探实验研究目标;通
过推动多学科及国际间合作与培训建立知识储备;通过对地
球历史研究,为人类理解和预测未来的气候变化提供帮助,
为当今社会面临的许多重要环境问题的决策提供帮助。
该计划重点发展4个领域:气候与海洋变化、生物圈前
沿、地球表面环境联系、运动中的地球,以及这4个研究领域
未来发展所面临的14个挑战。该计划旨在合理运用现代技
术,用核心科学数据帮助应对目前面临的最严峻考验。计划
中的钻探目标是探索深海微生物生态系统在全球碳循环中
的作用,为理解自然碳源的产生、CO2固定和碳循环稳定性奠
定基础[]。
1)气候与海洋变化领域:挑战1:地球气候系统对大气
CO2浓度升高的响应;挑战2:气候系统对化学扰动影响海洋
时的适应性;挑战3:冰原和海平面对气候变暖的响应;挑战
4:控制区域降水因素,它是否与季风或厄尔尼诺现象有联系。
2)生物圈前沿领域:挑战5:深海生物群落的组成、起源
和生物化学机制;挑战6:限制深海生物生命的因素;挑战7:
生态系统和人类社会对环境变化的敏感程度。
3)地球表面环境联系领域:挑战8:地幔的组成、结构和
活动状态;挑战9:地幔融化与控制洋中脊结构的板块构造的
相互作用;挑战10:大洋地壳与海水之间化学交换的机制、程
度和历史;挑战11:俯冲带是如何产生周期性不稳定状态的,
大陆地壳是如何生成的。
4)运动中的地球领域:挑战12:控制毁灭性地震、山崩及
海啸的发生机制;挑战13:控制深海碳储存和流动的特性和
过程;挑战14:洋流是如何将深海构造、热学过程和地球生物
化学过程联系在一起的。
该计划的3个主要实施平台为:多功能钻井船“乔迪斯·
决心号”(JOIDES Resolution)(图 7(a))、超深钻井船“地球号”
(Chikyu)(图 7(b))、特殊任务平台。JOIDES Resolution平台
由美国提供,是国际科学钻探界的主力。Chikyu钻井平台由
日本提供,能探知大洋深处地壳、地幔底层、俯冲带环境及其
相关的发震区,并能探知烃类易发地区的地质系统和生物系
统。特殊任务平台预计每年将参与一个重大行动,并将在富
有挑战性的钻井环境前沿继续运行,包括北极高纬度地区和
浅水珊瑚礁。长期的钻孔观测站包括一个额外平台,进行新
的样本收集和部署新的工具和技术[]。
图 7图 7 多功能钻井船JOIDES Resolution(a)、
超深钻井船Chikyu(b)(图片来源:IODP网站)
日,由中国科学家建议、设计并主持的南
海第二次大洋钻探——国际海洋发现计划349航次(IO-
DP349航次)从中国香港起航,同济大学海洋地质国家重点实
验室教授李春峰、美国伍兹霍尔海洋研究所教授林间联合担
任此航次首席科学家。IODP349航次由美国深海钻探船“乔
迪斯·决心号”执行,历时62天。中国、美国、日本、韩国、印
度、澳大利亚、巴西等国的科学家合作,在南海水深4000m的
深海盆完成3个钻孔,总进尺约4000m,首次钻取南海形成
时期的玄武岩样本,将揭示南海的形成过程和特色,确定南
海形成的准确年龄;精确确定南海深海盆扩张的开始与终结
年代,检验引发南海扩张的各种科学假说;分析相应的地质
构造运动、南海海底微生物状况,研究南海扩张对气候演变
的影响,探索“南海深部与表层的关系”,并将地球科学和生
命科学结合起来研究“深部生物圈”。本航次预计花费1000
万美元,所有科学数据都将公开发布,钻探取出的岩芯也将
存于国际岩库,供各国科学家研究参考[, , ]。
4 能源材料计划
4.1 欧盟“石墨烯计划”
日,欧盟委员会宣布“石墨烯计划”入选欧
盟未来和新兴技术的旗舰项目,日开始实施,
在未来10年将获得10亿欧元科研经费,资金的主要来源是
欧盟的地平线2020计划(Horizon2020)[, , , , ]。
欧盟委员会认为,从长期看,石墨烯可能与钢铁、塑料同
样重要,有可能成为信息技术的基础材料,并且可能在能源、
交通和医疗保健领域发挥重要作用。该计划旨在推进石墨
烯和相关层状材料从实验室走向社会,为欧洲许多产业带来
革命,促进经济增长,创造就业机会。
石墨烯旗舰项目包括16个工作包,其中11个科学技术专
题和5个操作术管理方面。11个工作包是:材料科学、健康与
环境、石墨烯及其他二维材料的基础科学、高频电子学、光电
子学、自旋电子学、传感器、柔性电子学、能源、纳米复合材料、
生产。研究团队由欧盟17个国家的76个研究机构组成[, ]。
该计划分为2个阶段:①日至2016年3月
31日的初始热身阶段,欧盟总资助额5400万欧元;②2016年
4月开始在Horizon2020计划内的稳定阶段,欧盟每年资助5000万欧元[, ]。
4.2 美国“清洁能源制造计划”
日,美国能源部正式宣布“清洁能源制造
计划”(CEMI)启动[]。
该计划战略性地集中和凝聚于能源效率与可再生能源
办公室(EERE)的清洁能源技术办公室和先进制造办公室,
旨在促进美国清洁能源产品制造增长,通过提高制造业能源
效率,提升竞争力,确保美国制造业在全球市场的竞争力。
该计划的目标是:①提高美国在生产清洁能源产品中的
竞争力,利用竞争优势,克服竞争劣势,进行战略性技术投
资;②通过全面提高能源效率增加美国制造业竞争力:促使
美国制造业者通过能源效率、热电结合及国内低成本的能源
优势利用提高自己的竞争力,进行技术和实践战略投资[]。
CEMI同时兼顾了美国的能源与制造业战略,并体现了美国
能源部新的空间布局与区域发展规划(图 8),致力于先进制
造业中心的构建,推动当地及美国的先进制造业发展。据
此,计划在5个不同的制造业集聚区内确定5个总额1500万
美元的项目。新的关注点并未停留在地域性,通过培育邻近
产业集群的区域中心,美国能源部倾向于建立能够使创新成
果在生产与研究环节之间相互转化的一个大的整合体[]。
该计划的关键部分包括:①增加资助清洁能源制造研究
和开发,加速美国基于生产成本竞争力的风能、太阳能、地热
和生物燃料电池等清洁能源技术的发展;②为制造商提供额
外的能源效率的培训和技术援助;③利用国家实验室的能力
进行有针对性的分析,评估美国制造业的竞争地位和优先考
虑的战略投资,增强美国在全球能源市场的竞争力;④举办
一系列区域和国家峰会,以收集制造业的重点输入,明确为
发展清洁能源制造业竞争力所面临的障碍和机遇,展示国家
和区域解决这些优先问题的模式;⑤启动新的公私伙伴关系
致力于改善美国清洁能源制造业竞争力[]。
图 8图 8 EERE的清洁能源制造计划(图片来源:APLU网站)
5 综合研发计划
5.1 中国“循环经济发展战略及近期行动计划”
日,中国国务院发布“循环经济发展战略
及近期行动计划”[]。
发展循环经济是中国的一项重大战略决策,是加快转变经济发展方式,建设资源节约型、环境友好型社会,实现可持
续发展的必然选择。该计划旨在落实节约资源和保护环境
的基本国策,围绕提高资源产出率,遵循“减量化、再利用、资
源化,减量化优先”原则,坚持统筹规划、重点突破、全面推进
相结合,因地制宜、示范引领、推广普及相结合,制度创新、技
术创新、管理创新相结合,政府推动、企业实施、公众参与相
结合,健全激励约束机制,构建循环型产业体系,推动资源再
生利用产业化,推行绿色消费,形成覆盖全社会的资源循环
利用体系,加快转变经济发展方式,推进资源节约型、环境友
好型社会建设,提高生态文明水平。
该计划的主要目标为:①循环经济发展的中长期目标:
循环型生产方式广泛推行,绿色消费模式普及推广,覆盖全
社会的资源循环利用体系初步建立,资源产出率大幅提高,
可持续发展能力显著增强;②至“十二五”末的目标(近期目
标):主要资源产出率比“十一五”末提高15%,资源循环利用
产业总产值达到1.8万亿元。
科技研发、产业升级的主要任务是:在工业领域全面推
行循环型生产方式,实施清洁生产,形成循环链接的产业体
系,构建循环型工业体系。在农业领域加快推动资源利用节
约化、生产过程清洁化、产业链接循环化、废物处理资源化,
形成农林牧渔多业共生的循环型农业生产方式,促进农业发
展方式转变。加快构建循环型服务业体系,推进服务主体绿
色化、服务过程清洁化,促进服务业与其他产业融合发展。
加快完善再生资源和垃圾分类回收体系,推动再生资源利用
产业化,发展再制造,推进餐厨废弃物资源化利用,实施绿色
建筑行动和绿色交通行动,推行绿色消费,实施大循环战略,
加快建设循环型社会。
5.2 韩国“第三次科学技术基本计划”
日,韩国政府召开第一次国家科学技术审
议会议,确定并发布了“第三次科学技术基本计划”,明确了
年韩国科学技术发展的基本规划和方向[]。
根据该计划,韩国政府在研发领域的预算规模将从目前
的68万亿韩元增加到2017年的92.5万亿韩元,将在五大领
域推进120项国家战略技术(含30项重点技术)的开发。五
大领域包括:融合信息技术并创造新产业,扩充未来增长动
力,营造清洁舒适的环境,开创健康长寿时代,构建安全无忧
的社会。30项重点技术分别是:知识信息安全技术,大数据
应用技术,下一代有线及无线通信网络技术,融合服务平台
技术,智能交互技术,尖端轨道交通技术,先进材料技术,超
高集成半导体工艺和设备,超精密显示器工艺和设备,环境
友好型汽车,太阳能技术,智能电网技术,人体医学成像设
备,生物芯片技术,服务型机器人技术,定制型新药开发技
术,遗传基因资源技术,粮食资源保存及食品开发技术,宇宙
火箭开发技术,高附加值船舶技术,二氧化碳捕集、封存及利
用技术,污染治理技术,高能效建筑技术,未来尖端城市建设
技术,干细胞技术,健康管理服务技术,自然灾害监控、预测
及应对技术,复合型社会灾难预测及应对技术,农畜水产资源疾病预防、应对及治疗技术,食品安全评估及提高技术。
为保证该计划的顺利实施,韩国政府制定了具体的战
略:①加大国家研发投资力度,提高投资效率;②开发国家战
略技术;③强化中长期创新能力;④积极发掘新产业;⑤利用
科技带动就业。核心目标是:使研发对经济增长的贡献率由
年的35.4%提高至年的40%;创造64
万个新的就业岗位;到2017年,科技创新综合指数排名由
2012年的第9位上升至第7位。
5.3 法国“未来10年投资计划(PIA)”
日,法国政府公布“未来10年投资计划
(PIA)”,旨在确立年政府投资重点,实现提升竞争
力和能源转变目标[]。
该计划总额120亿欧元,其中36.5亿欧元投向科研和大
学,23亿欧元直接投向能源转变,另外六大重点投资板块分
别为可持续工业创新(17亿欧元)、国防工业技术(15亿欧
元)、航空航天(13亿欧元)、数字经济(6亿欧元)、青年培训及
国家现代化(5.5亿欧元)、卫生健康(4亿欧元),超过一半的
投资直接或间接涉及能源转变战略。
法国生产振兴部提出了更为具体的34项工业振兴计划,
包括新一代高铁、低油耗汽车、电动飞机和电力推动卫星空
间、3D打印机、云计算等尖端科研项目。
5.4 中国“信息化和工业化深度融合专项行动计划(2013—
日,中国工业和信息化部发布“信息化和
工业化深度融合专项行动计划(年)”
该计划的总体目标是:到2018年,信息化和工业化深度
融合取得显著成效,信息化条件下的企业竞争能力普遍增
强,信息技术应用和商业模式创新有力促进产业结构调整升
级,工业发展质量和效益全面提升,全国信息化和工业化融
合发展水平指数达到82。
该计划的8项主要行动是:①“企业信息化和工业化融合
管理体系”标准建设和推广行动;②企业信息化和工业化深
度融合示范推广行动;③中小企业信息化和工业化融合能力
提升行动;④电子商务和物流信息化集成创新行动;⑤重点
领域智能化水平提升行动;⑥智能制造生产模式培育行动;
⑦互联网与工业融合创新行动;⑧信息产业支撑服务能力提
5.5 欧盟“地平线2020”
日,欧盟“地平线2020计划”(Horizon
2020)正式启动,计划周期7年(年),预算总额
770亿欧元[]。
该计划的宗旨是:帮助科研人员实现设想,获得科学发
现、突破和创新;促进新技术从实验室到市场的转化。目标
是整合欧盟科研资源,提高科研效率,促进科技创新,确保欧
洲产生世界顶级科学,消除科学创新障碍,在创新技术转化
为生产力的过程中融合公众平台和私营企业协同工作,推动
经济增长和增加就业。Horizon2020计划向所有人开放[]。
日,欧盟委员会研究理事Máire Geoghe-
gan-Quinn首次提出“地平线2020计划”,旨在整体提高欧盟
的科研与创新水平[]。欧盟的研发框架计划(FP)从FP1
(年)发展到FP7(年),基于这30年经
验积累,Horizon2020计划重新设计了整体研发框架,具有加
大资助力度、加大对欧盟层面不同资助计划的整合、简化项
目申请、管理等流程和探索新的资助机制4大特点[]。
Horizon2020计划要求欧盟所有研发与创新计划聚焦于
3个共同的战略优先领域(每个优先领域均分别部署多项行
动计划)和4个专题资助计划[]。
1)战略优先领域1:基础科学(244.41亿欧元)。目标是
加强和扩大欧盟在基础科学上的优势,巩固欧洲研究区,使
欧盟研究和创新体系在全球范围内具有更强的竞争力。4个
具体目标:①欧洲研究理事会(ERC,130.95亿欧元)。ERC支
持前沿学科和交叉学科研究,新技术和新兴领域的开拓性探
索;②未来和新兴技术(FET,26.96亿欧元)。FET目标是将
欧洲的科研优势转化为竞争优势,鼓励高端科研和前沿工程
等多学科间探索性合作。FET划分为开放基金、探索基金和
旗舰基金3类基金;③玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里行动(MS-
CA,61.62亿欧元)。MSCA的基金种类有:网络研究基金
(ITN)、个人奖学金(IF)、研究和创新人员短期交流(RISE)、
地区、国家和国际项目共同基金(COFUND)。MSCA的目标
是在全球范围内支持所有学科领域研究人员的职业发展和
培训,着重于创新能力培养,Horizon2020期间将资助2.5万
名博士生;④欧洲基础研究设施,包括e-基础设施(24.88亿
欧元)。目标是为Horizon2020和未来欧洲基础研究设施发
展培养创新潜力和人才,改善欧洲基础研究设施的政策。其
基金分为3类:为Horizon2020及以后发展欧洲基础研究设
施、培养基础研究设施的创新潜力和人才、加强欧洲基础研
究设施的政策力度和国际合作。
2)战略优先领域2:工业技术(170.16亿欧元)。目标是
加快技术和创新发展,支持未来工业,帮助欧洲创新型中小
企业成长。3个具体目标是:①保持使能技术和工业技术中
领先地位(LEIT)(135.57亿欧元)。针对新的突破性技术,提
高竞争力、创造就业机会和促进增长;②撬动风险投资(28.42
亿欧元)。帮助科研和创新(R&I)企业及其他类型机构,更
容易便捷地获得贷款、担保、反担保和混合、夹层融资和股权
融资;③中小企业创新计划(6.16亿欧元)。提升中小企业创
新管理能力。
3)战略优先领域3:社会挑战(296.79亿欧元)。汇集各
领域、技术和学科资源,涵盖从研究到市场的所有活动,新的
专注点在创新活动,如试点、示范、试验平台及公共采购和市
场转化,包括建立与欧洲创新伙伴关系(EIP)活动。7个具体
目标:①卫生、人口结构变化和福利(74.72亿欧元);②食品
安全、可持续发展农业、林业和渔业、海洋和内陆水域及生物
经济(38.51亿欧元);③安全、清洁、高效的能源(59.31亿欧
元);④智能、绿色和综合交通运输(63.39亿欧元);⑤气候变
化、环境和资源利用(30.81亿欧元);⑥创建包容性、创新性
和反省性欧洲社会(13.09亿欧元);⑦社会安全-保护欧洲及
其公民的自由与安全(16.95亿欧元)。
4)专题资助计划。包括:①参与扩大化,人才广泛化
(8.16亿欧元);②科学与社会(4.62亿欧元);③欧洲创新科技
研究所(EIT)(27.11亿欧元);④欧洲原子能共同体(Euratom)
(16.03亿欧元)。
1)大科学的研究目标既具有探索性、创新性、艰巨性,也
具有综合性、组织性、风险性,需要依靠国际、国家或机构提
供庞大、持续的经费支出、人员协同、科技合作,其科技研发
成果将对国家和社会经济发展产生重大促进作用。在大科
学活动形式中,重大科学计划、工程、项目等具有重要地位。
2)本文遴选、报道了国际组织、科技大国2013年度发布、
启动的28项科学计划。从科技计划的发布主体看,中国8
项,美国6项,欧盟3项,俄罗斯2项,日本2项,韩国2项,英国
1项,法国1项,印度1项,国际2项,表明各科技大国都非常
重视科学计划的制定及实施。
3)2013年发布、启动的具有引领性的科学计划中,面向
国际或多国联合的有5项,由国家发布的12项,由政府重要
职能部分发布的11项,基本反映了大科学中全球合作、国家
战略、重点领域3个层面的布局和比例。
4)2013年发布、启动的科学计划中,核心方向为宇航探
索及空间战略的10项,地球探测及环境治理的8项,人脑科
学及疾病防控的3项,新能源新材料的2项,综合创新及产业
升级的5项,基本涵盖了当前国际社会关注的重点和难点、科
学技术研发的热点和方向。
5)美国、俄罗斯、中国、英国、日本、韩国、印度在2013年
共发布10项航空航天计划,表明太空探索和空间安全仍是当
前世界大国科技竞争的制高点,航空航天技术的产业化、商
业化成为未来的经济增长点及竞争重点。同时,随近年资源
紧缺、气候变化、环境污染问题的日益凸显,世界各国都非常
重视地球探测、节能减排、环境保护等工作,2013年有8项科
学计划倾力于此。
6)科技大国制定、发布、实施的科学计划,明确了其当前
关注的焦点及未来一定时期的发展目标,中国应积极分析研
判,吸取其科学、合理之处,同时警惕有些国家在太空、极地、
海洋的恶性竞争及无理扩张。
7)中国应进一步集中力量解决事关国计民生的重大科
技问题。在2013年,中国发布、启动了8项科学计划,其中气
候气象研究和大气污染治理5项、产业升级2项、航空航天1
项,体现了当前实施创新驱动发展战略、建设创新型国家、实
现广大人民群众的根本利益的宗旨。因此,中国应进一步统
筹协调、科学调配全国科技研发力量,聚焦国家战略目标,集
中资源、形成合力,突破关系国计民生和经济命脉的重大关
键科技问题。
8)国际组织应在科技研发活动中发挥更加重要的作
用。近年来,人类基因组计划、超级超导对撞机计划、哈勃太
空望远镜计划、大洋钻探计划、国际热核实验反应堆计划、全
球变化研究计划、国际大型科学钻探计划、人类前沿科学计
划、人类和生物圈计划等引导着全球科学家开展科学合作,
在共同努力攻克重大科学难题方面发挥重要作用,也取得了
卓越成就。科学无国界,科技发展可为社会进步、经济繁荣、
民生改善、人类持续发展提供至关重要的支撑作用。而且气
候变化、灾害频发、环境污染、资源短缺、流行病肆虐等问题
具有全球性、国际性,需要国际社会的紧密合作。因此,进一
步促进国际科学计划的组织、实施成为重要任务。
9)加强国际科技合作应成为大科学时代科技战略的一
个重要组成部分。国际科技合作是大科学发展的重要标志,
也是大科学发展的力量源泉,已成为科技发展中一个不可逆
转的趋势。大科学研究国际合作可分为科学家个人之间的
合作、科研机构或大学之间的对等合作、政府间的合作3个层
次。其中,由国家或国际组织主导的国际重大科技合作计
划,在国际科学界具有重要地位,也发挥着重大作用。特别
是,在大科学活动中起引领、主导作用的国家,将占据科技和
经济发展的先机。而目前由中国主导的重大国际科技合作
计划非常少。因此,中国应根据国家需求和已有基础,有选
择地在某些优势领域,以中国为主提出和支持一批国际重大
科学计划,有效提升中国科技发展的主动权和话语权。
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