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空間科學與技術:大到星際空間,遠到無限未來
1957年人類發射了第一顆人造地球衛星之后,空間科學成為一門交叉性很強的前沿學科。自此,空間科學不斷開拓人類認知新疆域,改變了我們對自然和自身的認識。習近平總書記指出,“深空探測成為科技競爭的制高點”,要“一步一個腳印,開啟星際探測新征程”。今天,讓我們隨著中國科學技術大學地球和空間科學學院執行院長、深空科學技術研究院院長汪毓明教授,一起了解空間的奧秘。
什么是空間科學與技術專業
“空間科學與技術”是在物理學、化學、地球科學等學科以及計算機和信息技術基礎上發展起來的理論、技術與應用并重的專業,具有很強的綜合性和前沿性。
“首先人類進入深空探測,要知道為什么去?干什么去?這就是空間科學。其次人類要有能力進行探測和測量,這就是探測技術。這兩部分合起來就是‘空間科學與技術’專業?!蓖糌姑鹘淌诮榻B道,“探測技術包括遙感探測技術、原位探測技術以及相關的空間探測技術等??臻g科學主要研究太陽系內深空和行星環境,包括太陽、行星際空間、地球和行星,研究其中的自然現象和規律,研究的成果同時能為空間天氣預報、深空探測任務保障提供科學支撐?!?
疆界——星際空間,時間——無限未來
空間科學與技術的研究范圍大到宇宙空間,遠到無限未來??臻g范圍從地球到大氣,延伸到太陽、行星和行星際空間等離子體;時間范圍從46億年前太陽系形成至無限未來??臻g科學與技術研究這個廣闊時空中的結構、物質及其發生的運動和變化,開發為此所需要的各種高新技術。
“幾千年來,人類活動的疆域不斷拓展,從陸地、海洋,到天空、太空,現在又到了深空和行星,世界強國都十分重視深空探測?!蓖糌姑鹘淌谡f,“深空探測絕不僅僅是為了到此一游,更是為了拓展人類知識的邊界,探索可為人類所用的新的資源與基地,這些都離不開空間科學與技術的指引和保障。”
專業基礎課、核心課有哪些?
空間有著不可預知性,空間科學與技術專業知識涉獵非常廣泛。學生學習的主要內容涉及了力學、物理學、地球物理學、天文學等多學科的方方面面,主要課程有電磁場與波、數字信號處理、傳感器技術、對地觀測方法與技術、空間物理等。
以中國科學技術大學為例,該專業主要包括空間物理學、空間探測儀器與技術等方向,分別側重科學家和工程師的培養。課程分為基礎課、專業核心課和專業選修課等。
本科階段主要基礎課有:基礎數學(數學分析、線性代數、數理方程、復變函數等),基礎物理 (力學、熱學、光學、電磁學),四大力學(理論力學、電動力學、量子力學、熱力學與統計物理)、大學物理基礎實驗等。
專業核心課包括:流體力學、磁流體力學、空間物理學導論、遙感技術、空間等離子體探測技術等。專業選修課包括普通天文學、信號分析與數據處理、航天器軌道動力學等。
空間科學與技術專業屬于地球物理學類,可授予工學或理學學位。根據院校開設不同,專業方向也有差異??臻g科學方向側重于天文學與天體力學、空間環境;空間應用方向側重于空間光學與微波遙感、衛星與天文導航。如想了解其他高校的具體課程設置,考生可登陸高校官方網站查看。
空間科技,指引和保障深空探測
太空時代以來,人類在宏觀和微觀前沿領域獲得了突飛猛進的進展,空間科學相關領域已誕生12項諾貝爾獎,而美國獲得了這些獎項的近3/4??臻g為人類的科學探索提供了更廣闊的天地,中國科學家無比期望,中國也能成為空間知識的創造者。
1970年,我國“東方紅一號”衛星成功發射,開啟了走向太空的步伐。從神舟飛船載人航天,到探月工程“嫦娥五號”月面取樣返回,再到“天問一號”成功著陸巡視火星,我們探索宇宙空間的腳步從未停止過。
2010年,國務院常務會議審議通過了中科院“創新2020”規劃,決定組織實施戰略性先導科技專項。從暗物質粒子探測衛星“悟空”飛天開始,兩年半內,又有“實踐十號”“墨子”“慧眼”等科學衛星相繼升空。2018年空間科學先導專項(二期)正式啟動,將瞄準宇宙和生命起源與演化、太陽系與人類的關系兩大科學前沿。
空間科學與技術面向了國際科技前沿和國家重大戰略需求,極具發展前景。
國家和社會需要深空探測人才
“空間科學與技術專業的目標是服務國家深空戰略,培養空間探測相關的科學與技術人才?!蓖糌姑鹘淌谡f:“隨著我國深空探測計劃的進一步推進,對空間科學與技術人才的需求更加旺盛?!?
2022年,國家航天局、安徽省人民政府、中國科學技術大學共同啟動建設“深空探測實驗室”,作為面向世界航天科技前沿和國家航天強國戰略需求,圍繞深空探測領域國家重大科技工程和國際大科學計劃,開展戰略性、前瞻性、基礎性研究,實現科學、技術、工程融合發展的新型科技研發機構,計劃到2035年研究隊伍規模達到5000人。
空間科學與技術專業學生畢業后可在航空航天、國防等行業的相關科研院所和企事業單位從事相關的理論研究、技術開發和管理等工作,也可攻讀地球物理學、地球探測與信息技術等相關專業的碩士學位。
據汪毓明教授介紹,近年來,美國太空探索技術公司(SpaceX)在衛星發射和載人航天等方面取得了令世界矚目的進展。民營商業航天將成為國有航天體系的重要補充,發展前景十分廣闊。
除了滿足國家和社會深空探測方面的需求之外,作為地球物理學類專業,空間科學與技術專業的畢業生還可以在資源與環境領域發揮才干與作用,包括自然資源部門、氣象部門、生態環境保護部門等。作為一門應用領域廣泛的學科,空間科技在國民經濟的其他發展領域,也極具實用價值。
本科階段約十所院校開設該專業
目前,國內在本科階段開設“空間科學與技術”專業的高校大約有10所,包括有北京大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業大學、南京大學、中國科學技術大學、山東大學威海分校、南京航空航天大學、西安電子科技大學、成都理工大學等高校。
北京大學的地球科學在2018年QS世界大學學科排名中列全球第33位,北京大學空間物理與應用技術研究所師資力量雄厚,主要科研方向為:太陽與日球層物理、磁層及等離子體物理、電離層物理及電波傳播、空間探測技術、空間天氣與空間環境等。
南京大學天文與空間科學學院的前身是成立于1952年的天文學系,是國內高校中歷史最悠久的天文學專業院系。學院目前擁有天文學科國家一級重點學科和“天體物理”與“天體測量與天體力學”兩個國家二級重點學科。2011年增設了空間科學與技術專業,并于2011年9月開始招生。
中國科學技術大學空間科學與技術專業所屬的地球物理學是國家一級重點學科,“雙一流”建設學科,在激光雷達探測中高層大氣、空間和行星探測等領域實力強勁。在高校中首次承擔空間科學載荷研制任務——火星磁強計,隨“天問一號”正在火星進行在軌探測。擁有中國科學院比較行星學卓越創新中心、中國科學院近地空間環境重點實驗室等平臺,牽頭建設中國科大深空科學技術研究院。
哈爾濱工業大學空間科學與技術專業屬于航天學院,在航空宇航科學、空間光學工程和天文學交叉融合基礎上發展而成,突出航天特色。此外,哈工大還擁有空間環境與物質科學研究院(國家大科學工程)。
西安電子科技大學空間科學與技術專業立足于本校的電子信息類專業優勢,偏重于解決空間探測本身的技術問題,工科色彩較強。
注意各大類招生名稱
要提醒考生注意的是,各校“空間科學與技術”專業一是按專業招生,一是按大類招生(試驗班)招生。
如北京大學空間科學與技術本科按“地球物理學類”招生,含地球物理學、遙感與地理信息科學、空間科學與技術3個專業。學生入學第一年不分專業方向,統一學習數學、物理、化學和計算機等大類平臺課程和學科群基礎課程,高年級學生在明確興趣方向后自主選擇本科專業。
中國科學技術大學地球和空間科學學院,除按“空間科學與技術”專業招生,本科招生大類按“理科試驗班”招生,為地球物理學類。“趙九章地球物理學拔尖學生培養基地“是教育部首批基礎學科拔尖計劃2.0基地(趙九章是中國科大應用地球物理系首任系主任,”東方紅一號“衛星總設計師)。進校就讀之后,學生根據興趣,也可以選擇分流到地球物理學、大氣科學、地球化學等鄰近專業。
報考空間科學與技術注意什么?
現代空間科學與技術研究需要掌握數學、物理學等學科的基礎知識,也需要能夠有效運用計算機技術和信息技術手段,對學生素質要求較高。投身空間科學與技術領域還要有家國情懷和社會責任感,要志存高遠,勇于攻堅克難。
最后,汪毓明教授再次強調,要學好空間科學與技術專業,還需要較強的學科交叉能力、科研實踐能力、創新思維能力。深空探測是人類共同的事業,開闊的視野和國際化交流能力也十分重要。無論你喜歡數學、物理、化學還是計算機,地球和空間科學有著廣闊的舞臺,有著無盡的前沿,等待空間科學技術精英們去發現、探索。
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