美国空间科学现在正处在十字路口。本文讨论了要使美国空间研究摆脱当前困难时期并恢复其活力的任何计划都应该考虑的四个方面。

小规模研究计划的重要性

在规划未来空间活动时，人们注重能够扩展我们的知识范围，能够推动新技术发展的庞大而大胆的新探险活动。这种活动内在的科学重要性在很大程度上证明对它的重视是必要的。这一类的项目包括“哈伯尔”空间望远镜、伽利略计划、伽马射线观测站、高层大气研究卫星等等。

人们常常忽略了，为这些庞大的新成就打下了基础的，常常是规模和代价都较适中的先驱活动，而它们的成功则建立在相当朴实的、小规模的研究的基础之上。

例如，国家科学院天文学调查委员会的1982年报告中认为一项高级X射线天体物理学设施（AXAF）是1980年代天文学与天体物理学中具有最高优先性的重大新项目。AXAF的一项至关紧要的前期工作是第二次高能天文学观测站（HEAO-2），这是1978年发射的中等规模的设施，它显示了设想中的X射线光学的可行性和丰硕收获。HEA0系列的问世取决于1970年发射的小型“自由号”（Uhuru）卫星的成功，它揭示了空中存在很广的X射线源。然而，所有这些进展都是从发现第一个宇宙X射线源天蝎座X-1而开始的，而这一发现是用装在1962年的“飞蜂”（Aerobee）火箭上的简单装置而获得的。将来我们所需要的是大规模与中等规模项目相结合，再加上小规模研究的有力支持的协调发展的计划。

过去，频繁的飞行机会来自NASA探险者计划（Explorer program）出钱的火箭、气球、小规模飞行，以及NASA的观测站系列，如轨道太阳观测站、轨道地球物理观测站，以及实验性的“雨云”（Nimbus）测地卫星系列。气球和火箭实验在有些科学学科中仍是极为有用的，应该继续保留。可是，原来由探险者计划和各类观测站系列实现的飞行机会已经减少为10至15年以前的很小一部分。科学探索已经超越了初期的侦察而进入了要求更强大更复杂荷载的阶段，探险者计划所覆盖的学科基础也已增加了。

人们指望航天飞机能够提供这种频繁的飞行机会；事实上，随着新的实验运载工具和技术得到开发，更先进的空间实验室试验列入计划，它已经开始成为—种很有生命力的科研运载工具。可是，挑战者号失事所造成的荷载积压，以后将实行的严格监督检查，再加上推迟恢复发射航天飞机，这将对航天飞机科研计划产生灾难性的影响。眼前的问题是要将荷载送入轨道，这就需要建立大规模与小规模空间项目之间的平衡与协调。

可以立即采取一个步骤以迅速缓解这些问题，这就是大大增加探险者计划，近期侧重发送行星观测站，并在地球科学研究中创造新的小规模飞行机会。早期的探险者1，2，3，4号是爱荷华大学和喷气机推进实验室用数月时间设计、建造、试验并发射的。第一个较大较复杂的行星间跟凌探测器从1961年8月开始搞，于1963年11月发射。优秀而严格的“探险者”和行星观测站计划将极大地促进空间科学。

NASA在未来的作用

NASA现在和将来的基本作用都应该是将我们这个国家引入空间。可以在空间进行实验的学科数量在稳定增加。空间提供我们一个宇宙实验室，在其中可以观测形成地球及其磁力圈与太阳相互作用的复杂的空间等离子过程，我们已经开始揭示我们这颗行星与太阳之间的很多微妙的关系。在我自己的太阳系内，我们不久将完成对除冥王星以外所有行星的侦察，将向金星、火星、木星等派出探测器或登陆器。HEAO系列发射、国际紫外探测卫星、红外天文卫星（IRAS）和其他一些活动已经在天体物理学中产生了引人注目的进展。

运用空间技术来研究地球的势头方兴未艾。四分之一世纪的气象卫星观测和数值模型结合起来，已经把天气预报从上一代人的一种艺术改造为今天的科学。从1972年开始就可以获取的远地感测卫星数据显示出这种技术在研究地球陆地表面时的巨大威力，1978年开始的飞行则对海洋进行了同样的空间研究。今后十年中将会看到新一代专门的地球研究活动，例如美法合作进行研究海洋循环的Topex/Poseidon计划，以及测量水准面和勘测地幔对流型式的研究计划。在1990年代将建立全球范围的地球观测体系，来记录地球演化状况与过程的连续的、长期的数据。将来通过航天飞机的广泛使用和空间站的能力扩大，空间材料科学与空间生物学的研究将大大开拓科学的视野和应用。

可是，需要进入空间的科学学科数目大增向NASA提出了一系列问题。要求有更多的新的飞行和更庞大的科学与工程基础。维持甚至扩大现有空间计划的能力的一个办法是在适当领域吸收政府的其他机构参与空间活动的管理和财力支持。

尤其是在材料科学、空间生物学、医学等领域，国家科学基金会（NSF）和国家医学研究院应该为支持空间研究起到重大作用。在所有这些领域，失重环境能够提供比现有地面研究更多的研究机会。为空间站时代的这些科学领域所构想的空间实验室至少一开始就能够适用现有实验室的设施。对现在主管材料科学和生物学的政府部门来说，自然希望与NASA合作，以直接支持的方式加快进入空间研究。

空间还能为地球科学更进一步的根本性进展提供全面的观察。由国家科学院和NASA顾问委员会主持的一项研究中强调空间观测在探索地球大气圈、海洋、生物圈与陆地表面之间复杂的相互作用中的重要性。这些研究都强调需要用系统的手段来了解全球变化。

国际合作

美国空间计划始终受到国际竞争和合作的强烈影响。早期来自苏联的竞争性挑战是形成美国初期空间计划的主要因素。同时，和西欧、加拿大、日本及其他国家的国际合作一开始几乎是一个“空间马欺尔计划”。不过现在，欧洲空间局和日本已实施了强有力的空间计划，不仅可以与我们自己的空间活动相媲美，也为合作创造了机会。例如，这些组织为取得发射业务而竞争，同时又计划在建造与运营空间站方面开展合作。在空间科学反应用领域里也有类似的双重关系。欧洲空间局为探测哈雷彗星而成功发射的Giotto飞船和法国的地球观测卫星是欧洲空间计划成熟的标志。

苏联实施了雄心勃勃的行星探测计划，金星探险飞船是技术上和科学上的一大成就。礼炮号 - 联盟号空间站复合体创造了空间停留的时间纪录，显示出苏联载人空间飞行的实力。通过运载来自其他社会主义国家及法国、印度的宇航员上天，苏联还把空间用作一种有效的政治工具。苏联空间科学计划的出色成就还包括探测哈雷彗星的飞船，和平号空间站，计划中的探测火星的“火卫一”号飞船，以及高能天体物理学方面的飞行。此外，苏联已邀请西欧一些最优秀的研究组织为这些飞行提供实验。这样的合作使得苏联能得到它目前没有的先进技术，进一步加强与西欧的政治上的联络。政治因素仍是空间活动中的一个活跃部分，是人们应该注意国际合作的一个原因。

经济上的原因也要求更高程度上的国际合作。庞大的天体物理学观测站，如“哈伯尔号”空间望远镜、伽马射线观测站、高级X射线天文物理学设施、空间红外望远镜设施等等，是中等到大规模的项目，国际合作平均占10多。以后的天文观测卫星，如空间的大型可展式反射望远镜和空间干涉仪，将更庞大，更复杂，代价更昂贵。无论是美国，还是西欧和日本，都没钱自己独干一套。其他空间研究领域也是如此。

另外有一个更为复杂的设想是建立一个类似CERN（欧洲核研究组织）的机构。ESA可看作这一设想的原型。不管什么方式，让苏联成为这种合作活动的积极参加者很有好处。尤其是如果实行“卡特尔”计划的时候，技术转让就会尽可能地少，因为只需要用“封闭黑匣子”的方式交换实验即可，而不必交换详细的硬件和数据系统。也许还可以有其他方式，不同的安排可用于不同的研究领域。最近，沃塞堡（Wasserburg）作出了对行星研究领域国际合作的分析，特别强调了从火星、金星和彗星的非人工取样。

空间的长远目标

以托马斯 · 佩恩（Thomas Paine）为主席的国家空间委员会已经对未来作出大胆的展望。他们对空间科学以及在近地轨道上的基础设施的发展的看法，反映了科学界的广泛一致意见。在遥远的将来，委员会设想建设前往火星和月球的庞大的运输系统，在这些地方建立永久性居民点，让文明进入太阳系。

不过，我相信，今后五十年中最有可能的真正的增长领域仍是在地球轨道范围内，包括以下领域：

1）继续改进通讯卫星和更专业化的卫星，如地球定位卫星，以及它们将提供的一系列新的服务；

2）发展综合化的地球观测系统，建立一个了解地球环境和监视全球变化的计划；

3）在失重环境下深入研究材料科学、化学过程和生命科学，为空间制造业提供一个基础；

4）建设和维持很大的天文物理观测站，让我们能“看到”可观测的宇宙边缘的从无线电波和红外线到伽马射线的所有波长的辐射，检查邻近恒星的详细性质；

5）为行星探险活动和同步轨道上的大型飞行器建设一个装配和运输点；

在所有这些领域的持续进步依赖于一个强有力的空间研究与技术计划。未来的这些计划将使人类积极地投身于空间，让空间站作为实验室，作为为大型空间飞船及实验服务的必要手段。除此以外，还应有一个强有力的行星研究计划。这种研究将确定所有行星及其卫星，以及彗星及小行星等小飞行物的物理与化学状况，从而了解我们太阳系的起源与变化，以及其他行星系的形成过程。

人们可能会想，这些目标中哪个对公众的想象力影响最大呢？这一影响取决于时代技术的发展。明天的技术不仅建立在今天技术的基轴上，还建立在站在技术背后的人类的梦想、视野和灵感的基础上。各时代的这种难以言传的品质比那个时代产生的具体事物更能让人们洞察未来，我们必须看到对那些领导新技术发展的人的文化与精神影响是什么。在中世纪整个欧洲兴起建造大教堂的新的设计与营造技术，是对技术发展产生文化影响的最令人难以忘怀的实例。

现代火箭技术的发展则是又一个实例。在本世纪初，探索太阳系的梦想出现在苏联康斯坦丁 · 齐奥尔科夫斯基的独具慧眼的科学分析之中，以后又被德国的海尔曼 · 奥伯特接了过去。这个梦想使罗伯特 · 戈达德在1920年代中制造出第一个成功的液体燃料火箭。

我们应该记住，太阳系的大多数地方对人类是不友好的。我们可能永远也不会访问水星和金星，也不会去木星或更远的地方。我们只可能到月球、火星和一些小行星上去。但是，行星科学和探险仍是具有重大意义的事业，因为我们要了解太阳系的起源和地球在太阳系中的地位。制造出能在火星和小行星上行走的自动车辆，无人操纵的从水星、金星和火星上将标本取回地球的工具，更详细地研究外层行星，这些都将促进机器人和新技术的发展。

如果我们看到，我们今天的梦想酷似当年激动着火箭先驱者的梦，我们会感到震惊的是对走出太阳系，到达其他恒星的普遍兴趣。正如斯蒂芬 · 斯皮尔伯格的电影《E. T》的成功所证实的，我们社会的所有阶层对宇宙其他地方存在智能与文明的可能性有浓厚的兴趣。1983年，来自红外天文卫星的结果提供了证据，说明在天琴座α星附近有可能形成了行星系，它使科学界和广大公众的心弦又振动起来了。以后对另一个“IRAS源”的研究证明，用精细的光学仪器，有可能想象在离地面观测站约53光年的恒星附近有一个围绕恒星的盘状物。

人类探索太阳系外部的下一步是利用“哈伯尔”空间望远镜的能力和欧洲“希帕考斯”（Hipparcos）天文测量卫星的成果来寻找太阳系外的行星系。来自亚利桑那大学和NASA/Ames研究中心的一个联合团体现在正在研制一种更灵敏的望远镜，安装在飞行中的空间站上探测行星。另外几个美国研究组织还在探索其他方法。此外，可以利用空间基地上的干涉仪来考查邻近的恒星。然后有可能更仔细地研究可能存在智能生物的恒星系。

如果我们发现在太阳系外存在智能生物，我们是不是会建立“恒星事业”，是不是会通过交换信息而与之通讯？恒星间的通讯将使我们能越过广阔的空间“访问”我们的近邻。这样一些对研究邻近星系十分重要的技术进展将使我们能辨别类星体心脏中的“发动机”的精细结构，而大型可展式反射望远镜之类的新仪器将能使我们“往回看到”宇宙的早期阶段。这些研究的结果积累起来，将深刻地影响我们社会的未来发展，因为它们将使我们重新认识我们在宇宙中的地位。

正如理论物理学家和诺贝尔奖获得者斯蒂芬 · 温伯格在卡纳利岛上的卡纳利天体物理研究所所说的：

“无论如何，我们今天对宇宙的探险所起的作用就像哥伦布时代对地球的探险一样……。一个重大的不同是，地球探险使欧洲国家扼住了其他国家的喉咙，而宇宙探险把所有国家团结在一起。”

[Science，1987年2月13日]