国际空间站日本空间应用项目征集遴选管理研究

韩樾夏 张伟 张丽艳

正在运营中的国际空间站（International Space Station，以下简称ISS）是人类目前在近地轨道运行的最大空间实验平台，这个世界级的空间实验平台由美国国家航天局（NASA）、欧空局（ESA）、俄罗斯联邦航天局（R0SCOSMOS）、加拿大航天局（CSA）、日本宇宙航空研究開发机构（JAXA）共同建设、运营以及维护。ISS拥有现代化科研设备，以及可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的太空实验室。这是工程技术方面的一项伟大壮举，极大地推动了空间技术、空间科学以及空间应用的发展，拓展了人类认识地球以及宇宙、创新解决问题的疆域。

作为ISS重要的实验设施[1]，希望舱利用空间环境-近地轨道微重力这一得天独厚的优势进行了大量的科学实验。希望舱内设有生命科学实验柜、生物手套箱、材料科学柜、静电悬浮设备、细胞科学柜、梯度材料加热机柜，多功能小型载荷集成柜。截至2019年10月，由JAXA管理的科学实验仅在生物学与生物技术领域就达542项[2]，在该领域进行的实验总数高居ISS参与国的榜首。同时，不仅是正在进行的科学项目，该实验舱的教育、文化项目以及商业用途也得到了一定程度的开发与开展。

2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射任务取得圆满成功，标志着中国载人航天工程“三步走”中的第三步迈出了坚实的步伐，中国空间站将于2022年底完成在轨建造，在轨运营将持续至少十年以上。空间站作为国家级的太空实验室，确定了空间生命科学与生物技术、微重力燃烧科学、空间材料科学、空间应用新技术等十余个学科方向/领域[3]。运营期的项目征集遴选管理则成为空间站应用与发展的重要组成部分。本文通过对JAXA的项目征集遴选办法研究，得出空间站应用项目征集遴选的若干启示，并提出我国空间站应用与发展阶段项目征集遴选的建议。

一、日本ISS应用项目征集遴选管理办法

JAXA采取了一系列措施合理、有序、有效地征集遴选科学项目以及开展教育活动。在项目征集渠道、征集遴选流程、项目遴选标准方面积累了丰富的经验。其中主要办法有：①大力拓展应用项目征集渠道;②充分细化征集遴选流程;③ 围绕必要性、可行性等方面制定应用项目遴选标准。

（一）应用项目征集渠道

1.ISS希望舱的运营是由JAXA的载人航天技术部（Human Spaceflight Technology Directorate）管辖的（JEM Utilization Center）负责。JAXA通过官网定期发布科学项目征集公告[4]，在与JAXA相关的论坛，如日本空间论坛（Japan Space Forum）也开展科学项目征集工作。

2.JAXA通过与日本医药公司开展合作征集实验项目，为空间科学研究与空间技术发展提供新思路。日本医药公司如肽梦想（PeptiDream）、日健中外制药有限公司，日本大鹏药品工业株式会社通过付费的形式积极参与到希望舱的蛋白质晶体实验[5]。

3.JAXA通过与顶尖大学校方直接开展合作明确空间科学任务，促进空间科学研究，推动国际合作。在合作中设置任务导向型目标，明确双方权责。例如JAXA与东京大学开展的合作，带动空间科学、空间技术以及国际合作的发展。具体而言，JAXA与东京大学联合通过利用希望舱的舱外暴露平台与卢旺达政府组织合作研制并部署轨道小卫星（CubeSat）[6]。

4.位于相模原市的空间教育中心（Space Education Center）负责管理JAXA的整体教育活动。空间教育中心会联合希望舱的使用中心（JEM Utilization Center）开展一系列教育活动的项目征集，这些项目通常是在名为“教育载荷观察（EPO）”的体系内开展[7]。

5.秉持着“ISS项目不应该只追求科学成果，也同时应为全人类作出有形和无形的贡献”这一理念[8]，NASDA（JAXA前身）/JAXA早在1996年就与国际高等研究院（International Institute for Advanced Studies， IIAS）开展合同式合作，旨在空间科学方面推动人文、社会科学、艺术以及科学协同式发展。IIAS委托东京艺术学院、京都艺术学院、筑波大学、御茶水女子大学四大高校开展了“从人文、科学与社会学的角度审视希望舱的实验”系列合作研究[9]。2006年，JAXA发起了第一期“试点任务”（Pilot Missions），并且委任了试点任务遴选委员会（selection committee for the Pilot Missions）主要负责征集计划书、选拔符合要求的实验以及评估空间实验的结果。

（二）应用项目征集遴选流程

虽然希望舱在2008年才与ISS主体对接成功，完成组装。但是相关科学实验的征集工作，早在1992年就得以开展，并于1993年8月进行了本国实验项目的初选。计划在加压舱（Pressurized Module）中进行的生命科学和微重力科学实验也在国际上进行了广泛征集。随着申请项目数量增加以及研究领域的不断聚焦，JAXA对项目征集流程逐渐做了细化，使得应用项目征集遴选流程的分类变得清晰。以下讨论项目征集四类流程：

1.一般流程

一般流程采取两轮项目审查制度。当申报项目通过形式审查后，第一轮审查由五名专家进行同行评议（Peer Review）审查项目的科学意义，由技术专家考察工程在轨开展的可行性;第二轮审查由JAXA行使机关职能，从行政方面进行考察，侧重经费考察等方面[10]。当项目顺利通过两个阶段的考察后进入立项阶段。

2.快速流程

经过一般流程审查的应用项目通常周期较长，JAXA通过与科研机构或者企业联合则加快了征集遴选的流程。通常以申请单位与JAXA达成合作协议的方式或者以商业合同的方式开展实施应用项目，合作协议一旦达成，地面培育等准备工作即可全面展开。

3.特殊流程

对于一些技术成熟度不够，在轨实验存在一定风险的应用项目，需要特别增加地面培育环节。例如针对材料科学领域的应用项目，申请人需要完成三步：①申请JAXA地面研究经费;②参加空间科学工作小组培训;③申请空间合作项目，最终进入到“概念研究”阶段（definition phase study）[11]。

4.科普教育项目流程

（1）科学实验类

科学实验类教育项目流程是：①由学生提交项目申请书;②希望舱亚洲成员国分别组织专家评审;③JAXA作出终审决定。评审通常由教师、研究人员以及有相关“亚洲尝试零重力”项目经验的专家组成，JAXA的航天员也会参与到项目的最终选拔。

（2）人文艺术实验类

人文艺术实验类的项目培育一般需要较长的周期，且由于人文科学首席专家通常缺乏科学、工程背景，JAXA也参与实验设计等[12]。流程主要是：①日本高校（包含与IIAS合作的四大院校）提交项目申请书; ②来自科学中心的主任、艺术博物馆的馆长、研究型大学的教授组成的评委进行项目遴选;③JAXA参与实验设计;④PI、JAXA、NASA以及航天员联合开展空间实验的准备[13]。

研究发现，JAXA项目征集流程有如下几个特点：①针对不同的应用项目，实行分类的项目征集流程管理，推动项目申请流程高效灵活。②对特定项目进行重点帮扶培育，如材料科学项目、人文艺术实验类项目。③保持多渠道有效沟通。评审方会通过电邮、书面通知等方式与申请团队保持及时沟通，确保优秀的申请者脱颖而出。

（三）应用项目遴选标准

应用项目的遴选标准基本上分为两大类：第一类针对科学技术的一般遴选标准，第二类针对科普教育的遴选标准。

1.一般性项目遴选标准（科学技术）

空间科学项目的遴选标准基本上是围绕研究的科学价值、在空间站开展研究的必要性以及工程实施的可行性，而业务审查和行政审查的二轮评审则充分考虑诸如经济方面的可行性。

以生命科学领域为例，JAXA制定的《空间实验研究规划指南》中明确提出项目申请人需参照5W1H规范（when、where、who、what、 why， and how）填写实验方案表并完成具体实验方案的细化[14]。5W1H规范充分反映了JAXA在项目遴选时遵循的标准。该规范涉及到的六方面问题经总结归纳如下：

（1）时间相关（when）

由于空间飞行任务的复杂性，科学家需要做好充分的空间实验“行前”准备。①考虑实验周期。由于航天员造访空间站的时间通常为半年，整个实验周期就变成了一个首要的问题。②考虑样品周期问题。科学家需要充分考虑样品生命周期以应对可能出现的由于运输带来的问题。③考虑微重力、空间辐射等条件对实验起到影响所需时长。④考虑应对由于发射时间变更带来的变化如准备足够的样品。

（2）实验地点相关（where）

科学家需要充分考虑实验地点的特殊性。①距离地面四百公里左右的太空实验室虽然遥不可及，但是科学家可以通过地面控制中心掌握实验的进度并且可以建议操作步骤的变化，实验操作流程应该是尽可能简单并且可以实现自动控制。②采购样品采取就近原则（发射场附近采购）。

（3）样品与容器（what）

科学家需要重点讨论在轨实验所需材料，实验样品的需求与容器的要求。①JAXA已经在官网明确了实验设备、仪器规格等方面的要求。因此科学家提出的实验一定要满足上述需求。②充分考虑微重力条件，根据实验要求选用专用容器。③样品的选取要充分考虑样品与容器壁的兼容性。④澄清每一步实验的操作意图。

（4）利益相关人（who）

主要利益相关人包含科学家、工程师、航天员。科学家在实验要求中需要说明每位利益相关人承担的相关职责。由于太空实验室所面对的情况也相应比地面复杂得多，通常科学家提出科学方案，结合工程师的建议提出在轨实施方案，最后由航天员完成科学实验。首席科学家需要大力推动各责任方协同努力以减轻航天员的在轨实验负担。

（5）意义与必要性（why）

科学家需要重点阐明两方面内容：①项目的科学意义以及围绕实现科学目标的相应科学准备。②实验在空间开展的必要性以及在轨实验需求。

（6）怎么做（how）

科学家需要确保JAXA充分了解实验方案以及在轨实施方案。因此，“怎么做”涉及两个关键问题：①实验方案设计即方案本身需要设计得具体、合理。②在轨实施方案设计包含在轨操作流程与应急处置方案。

2.科普教育类项目遴选标准

（1）科学实验类科普项目

由于参与者主要为青年研究人员以及中小学生，项目的遴选标准也相应做了调整，以“亚洲尝试零重力项目”（Asian Try Zero-G）为例，主要基于如下几方面：①航天员在轨操作时间（10分钟左右）;②科学方面展示度（science visibility）;③安全因素;④ 基于在轨材料/設备[15]。

（2）人文艺术实验类项目

人文艺术类实验项目涵盖音乐、艺术、教育等主题。项目的遴选标准主要围绕：①文化、人文、社会的价值;②项目的可读性、创新性、独特性;③科学使用希望舱的环境;④与大众有效分享空间实验成果的举措[16]。

JAXA 的应用项目征集遴选标准体现了分类明确、标准清晰、材料规范等特点。其中提炼出的5W1H标准为科学家撰写项目申请书形成了规范性的指导，提供了清晰的思路，也为JAXA遴选优秀的项目提供了保障。JAXA高度重视项目的地面培育，这点在特殊流程与快速流程中也得到了体现。科普教育类项目的遴选标准考虑因素很全面：充分考虑了申请者的年龄、研究方向、实验所需时长，项目的价值以及项目的普及度等问题。

二、日本空间应用项目征集遴选的启示

截至2019年10月，日本在轨完成的各项应用项目总计达728项[17]，占到了ISS应用项目总数的大约四分之一，其中占据前三位的分别是生物与生物技术（542项），技术发展与展示（75项），教育与文化活动（50项）。JAXA通过与高校、科研院所、商业机构等单位充分合作实现了全社会、多渠道积极参与ISS的应用项目。下面总结几点启示：

1.多种评价方法提升项目申报质量。JAXA根据应用项目申报的方向采取了多种评价方法。这种个性化的评价模式充分考虑了研究内容的整体方向性，兼顾研究方案本身的特殊性，保证了入选的应用项目的可靠性，提升了项目的申报质量。科学家也可以根据相应的遴选标准，开展具体的项目申报准备、地面培育等工作。

2.发动社会各界力量，获取更多支持。针对不同类型、不同目的的应用项目，JAXA采取了发动社会各界力量支持项目的举措。对于科普类项目，考虑到项目申请方缺乏空间科学实验经验与在轨实施经验，JAXA采取了重点帮扶措施，如通过JAXA/IIAS联合扶持“试点任务”（Pilot Missions），提升了项目申报的质量，提高了入选的成功率。对于科学类项目，JAXA与日本药企开展精准对接，JAXA围绕客户实验需求，采取对方付费形式，将蛋白质样品的数量从5个增加到30个[18]。由于获得多渠道资金的支持，从而能够满足开展大规模晶体实验研究的需求，推动空间蛋白质晶体研究取得新发现、新突破。

3.地面培育是重中之重。日本在长期的空间科学项目管理中发现，空间实验任务应该由95%的地面实验以及5%的空间实验构成[19]。这一点对于空间科学的应用项目管理具有决定性的意义。对需要在轨开展实验的研究（特别是材料科学类），JAXA通过经费支持、科学工作组等方式大力支持前期地面研究的开展。

4.打造一系列教育、人文、艺术应用项目。JAXA通过其希望舱利用中心（JEM Utilization Center）与空间教育中心（Space Education Center）等平台联合发展了教育、艺术活动。例如“教育载荷观测”（Education Payload Observation，EPO），EPO项目范围包含了文化、人文、社会科学、艺术以及哲学。JAXA发展的这些教育、人文、藝术应用项目，极大地丰富了自身项目的多样性、推动了全社会对希望舱、ISS的认知，激发了孩子们对空间科学的兴趣，从而促进其个性的发展[20]。

三、对我国空间站应用项目征集遴选的建议

我国空间站建成以后将开展大规模空间科学与应用研究[21]。结合日本经验，提出对我国空间站项目征集遴选的建议。

1.多措并举，高效、高质量推动项目征集遴选。我国在空间应用项目征集遴选时，可采取分类培育、定点帮扶、精准对接、及时跟申报者进行沟通等措施，提高征集效率和质量，促进项目入选率。可借鉴航天工程体系，生成我国应用项目征集遴选的质量控制体系（Quality Control System）。

2.上下联动，重视地面培育，多渠道大力支持地面实验开展。建议多渠道筹措研究经费（院校、省/部、国家层面），推动应用项目的培育和实施;建立、完善地面微重力模拟设施，建立健全设施使用机制，提升设施有效利用率，确保项目地面培育充分、高效完成任务。

3.尽早布局谋划，重视科普，提升空间站群众参与度、影响力与号召力。早在上世纪90年代，JAXA已经开始科普工作的布局谋划，重视推动社会各界对空间科学、空间技术以及空间应用的进一步关注。我国已由航天员王亚平在“天宫一号”开展太空授课，推动青少年对科学的热爱，取得了良好的效果。可参考日本案例，重视科普，推动人文、艺术类等项目的征集遴选，鼓励引导中国青少年对空间科学的热情，大力提升青年一代的想象力、创造力，提升中国空间站的群众参与度、影响力与号召力。

注释：

[1]Japanese lab installed on space station.Nature， 2008，（453）：837.

[2][17]ISS Program Science Forum.ISS Utilization Statistics.2020[2021]. https：//www.nasa.gov/mission_pages/station/research/utilization-statistics.

[3][21]刘艳、张伟：《空间应用项目管理的问题分析与初步思考》，《中国航天》，2021年第4期，第49-53页。

[4]JAXA.2020 KIBO FS Invitations. 2020[2021].https：//h-umans-in-space.jaxa.jp/kibouser/subject/invitation/fs/71587.html.

[5]NASA.International Space Benefits for humanity （3rd Edition）.

[6]UTokyo and JAXA Partnership Agreement to Promote Kibo U-se.2018[2021]. https：//global.jaxa.jp/press/2018/04/20180426_kibo.html.

[7][20]Kikuchi， k. Yamanaka， R.， & Yamaguchi T.Riyo. JAXA’s Edu-cational Activities through JEM Utilization. Int. J. Microgr-avity Sci. Appl.， 2016， 33（2）：1-3.

[8][9][12][13][16]JAXA. Report on the Pilot Missions of Utilization for Cul-ture/Humanities and Social Sciences （Summary Report）.

[10]JAXA.2020 年度「きぼう」利用 FS テーマ募集（国の戦略的研究募集区分）.2020[2021]. https：//humans-in-space.jaxa.jp/kibouser/subject/invitation/fs/71587.html.

[11][14][19]JAXA.Planning guide for space experiment research.2007[2021]. https：//humans-in-space.jaxa.jp/en/biz-lab/kuoa/.

[15]Asian Try Zero-G 2016 ideas selected.2016[2021]. https：//iss.jaxa.jp/en/kuoa/news/try_zero_g_2016_theme.html.

[18]JAXA.New direction for research on Kibo.2016[2021]. https：//global.jaxa.jp/article/2016/special/iss/sakashita.html.

（韩樾夏为中国科学院空间应用工程与技术中心助理研究员，张伟、张丽艳为中国科学院空间应用工程与技术中心研究员）

责任编辑：马莉莎