張志會,馬連軼

(1.中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所,北京 100190；2.北京航天長峰科技工業(yè)集團有限公司，北京 100854)

1 國內(nèi)外大科學(xué)工程的發(fā)展歷史與管理模式概述

1.1 國內(nèi)外大科學(xué)工程發(fā)展簡述

大科學(xué)工程是以科學(xué)探究為主要目標(biāo)，又有賴于工程實現(xiàn)的工程，如中微子探測大科學(xué)工程、“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程等。大科學(xué)工程往往規(guī)模大、資金投入多、能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟社會效益，對科技與社會的影響深遠，但也伴隨著較大的項目風(fēng)險。大科學(xué)工程往往要經(jīng)歷預(yù)研、設(shè)計、建設(shè)、運行和維護等一系列活動，需要科學(xué)高效的科研組織和工程管理才能順利實施。人類歷史上大科學(xué)工程的管理模式隨著時間發(fā)展而不斷演變。

20世紀(jì) 40 年代美國開展的“曼哈頓計劃”是人類歷史上第一個大科學(xué)工程，該計劃所采用的集散聯(lián)合項目制后被眾多大科學(xué)工程所采用，阿波羅登月計劃、人類基因組計劃等均采用了這種管理模式。二戰(zhàn)之后美國政府大幅度增加科研和工程發(fā)展經(jīng)費，在歐美科研項目申請中最早出現(xiàn)了PI(Principal Investigator)制，意為學(xué)科帶頭人對所負責(zé)項目有主導(dǎo)權(quán)。這種科研組織管理模式后來在我國重大科技任務(wù)的管理中被廣泛采用。

20世紀(jì)70年代后，發(fā)達國家的重大科技任務(wù)中，如日本超大規(guī)模集成電路(VLSI)項目(1976年)、歐盟框架計劃(1984年起)、美國國家納米技術(shù)計劃(NNI)(2000年1月起)[1]，以及韓國《至2025年的科技發(fā)展長期計劃》(又稱為韓國先導(dǎo)計劃，2000年起)[2]等，均采用了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研究的組織管理形式[3]。

不同時期因時代背景不同，重大科技任務(wù)的組織模式也不盡相同。20世紀(jì)50—70年代，我國實施了“兩彈一星”工程，政治要素與技術(shù)、行政因素在該工程的組織實施中共同發(fā)揮重要影響[4]。該工程開創(chuàng)了項目“工程兩總”系統(tǒng)(總指揮、總設(shè)計師)，即通常所說的技術(shù)指揮線和行政指揮線構(gòu)成的“兩條指揮線”，其中總設(shè)計師專注技術(shù)實現(xiàn)，工程總指揮負責(zé)調(diào)度管理?！皟蓮椧恍恰笔俏覈\用舉國體制成功開展重大科技任務(wù)的典范。

改革開放后，我國實施了“863計劃”和“973計劃”等重大高科技項目。這些項目繼承了“兩彈一星”工程的“舉國體制”，又借鑒了西方PI制，在全國范圍內(nèi)以項目形式大規(guī)模實施，在各領(lǐng)域設(shè)立專家委員會，由專家進行決策管理；首席科學(xué)家對項目總負責(zé)。還有學(xué)者提出在863項目中應(yīng)用虛擬合同研發(fā)組織等進行組織制度變革[5]。

20世紀(jì)90年代開始的載人航天工程繼承了“兩彈一星”工程管理的“工程兩總系統(tǒng)”，2004年國務(wù)院批準(zhǔn)立項的繞月探測工程(嫦娥工程)則對該模式進行改進，設(shè)立了工程總指揮、總設(shè)計師和月球應(yīng)用科學(xué)首席科學(xué)家，又設(shè)立五個分系統(tǒng)，各系統(tǒng)又分別配備總指揮和總設(shè)計師，人員由國防科工委任命[6]。

根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》，我國實施了16個國家科技重大專項(含3個軍口保密專項)。隨著科技體制的改革，我國科技體系也逐漸從科技規(guī)劃為主導(dǎo)的體系，過渡到基本科技計劃與科技重大專項相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系[7]。

1.2 學(xué)術(shù)界大科學(xué)工程管理模式研究概述

近些年來，我國在建設(shè)創(chuàng)新型國家的目標(biāo)指引下，陸續(xù)創(chuàng)造性地完成了很多大科學(xué)工程。大科學(xué)工程的組織建設(shè)能力標(biāo)志著一個國家核心的、原始的創(chuàng)新能力，是國家綜合實力、科技和經(jīng)濟競爭力的重要體現(xiàn)[8]，因此學(xué)術(shù)界以往對大科學(xué)工程的組織管理多有討論：美國阿奇博爾德從知識層面探討了高科技項目的管理[9]。招富剛將國家重大科技專項的組織管理模式分為閉環(huán)控制模式、業(yè)主制管理模式和全生命周期項目管理模式三種[10]。董佳敏等將國內(nèi)外大科學(xué)工程的管理模式分成集散聯(lián)合項目制、官產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研究制、“行政+技術(shù)舉國制”和“工程兩總系統(tǒng)”下柔性項目制這四種模式[3]，不過卻將863計劃等重大科技任務(wù)與大科學(xué)工程混為一談，且對后兩種體制的區(qū)別闡釋不清。郭磊等研究了973計劃、863計劃、國家科技支撐計劃和國家科技重大專項的組織管理體系的區(qū)別和聯(lián)系[11]。于軍等研究了學(xué)習(xí)型組織、虛擬團隊和利用新型流程導(dǎo)向的多項目管理及其在高科技項目中的實用性[12]。邢超等對大科學(xué)工程ITER項目的管理理念和實施借鑒進行了研究[13]。中國科學(xué)院重大科學(xué)裝置發(fā)展戰(zhàn)略研討小組討論了大科學(xué)工程的發(fā)展建議[14]，羅小安等探究了大科學(xué)工程的風(fēng)險管理問題[15]。邢淑英則系統(tǒng)研究了中國科學(xué)院“六五”到“八五”期間的大科學(xué)工程建設(shè)的進展和“九五”期間的安排，以及大科學(xué)工程管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[16]。聶繼凱等認為，政府在大科學(xué)工程的立項、準(zhǔn)備、建設(shè)和完成四個階段上分別扮演著決策者、啟動者、協(xié)調(diào)者和評估者四個核心角色[17]。不過，圍繞典型性大科學(xué)工程詳實深入的案例研究及其管理模式分析尚不多見。

1.3 本文研究問題的提出

“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星于2016年8月16日1時40分在酒泉發(fā)射升空，這標(biāo)志著我國空間科學(xué)研究又邁出重要一步[18]。通過實施這一工程，我國在量子信息領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全球領(lǐng)跑，有人甚至將“墨子號”首席科學(xué)家潘建偉稱為“中國離諾獎最近的人”?！澳犹枴钡陌l(fā)展歷程及管理模式對我國大科學(xué)工程的管理具有典型示范意義，目前亟待對這類“領(lǐng)跑”型的大科學(xué)工程開展深入研究。本文將以科技史為研究視角，理清“墨子號”量子衛(wèi)星的發(fā)展歷程，在此基礎(chǔ)上提煉其組織管理模式，分析問題并給出政策建議。

2 “墨子號”量子衛(wèi)星大科學(xué)工程的發(fā)展歷史

國際上大科學(xué)工程往往起源于戰(zhàn)略規(guī)劃，從概念研究和預(yù)先研究起步，發(fā)展到工程設(shè)計、研制、建造和運行，結(jié)束于科學(xué)產(chǎn)出。量子衛(wèi)星工程基本遵循這一鏈條。

2.1 醞釀科學(xué)目標(biāo)階段：海歸科學(xué)家提出星地量子通信概念(2001—2005年)

20世紀(jì)90年代，美國、歐盟、日本紛紛把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項目，這一時期郭光燦院士、張永德教授等老一輩科學(xué)家已致力于用量子信息技術(shù)確保信息安全[19]。改革開放后，我國一大批學(xué)子赴歐美科技發(fā)達國家學(xué)習(xí)和交流。1997年，正攻讀博士的潘建偉與其奧地利導(dǎo)師安東·塞林格(Anton Zeilinger)共同在國際頂級科學(xué)期刊《自然》(Nature)雜志上發(fā)表論文，宣布在實驗中實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸，潘建偉為第二作者，《Science》雜志將其列為年度全球十大科技進展。1999年，潘建偉博士畢業(yè)準(zhǔn)備回國工作，卻發(fā)現(xiàn)國內(nèi)習(xí)慣了跟蹤國外科學(xué)，在國內(nèi)尚一片空白的量子科學(xué)研究甚至被認為是偽科學(xué)。不料他們那篇關(guān)于“量子態(tài)隱形傳輸”的論文被 《Nature》雜志選為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。隨后，潘建偉申請的科研項目在國內(nèi)獲得批準(zhǔn)。

地面量子通信和星地量子通信是實現(xiàn)遠距離量子通信的兩條技術(shù)路線，前者將中繼器建在地上，而后者把衛(wèi)星當(dāng)中繼器，量子衛(wèi)星相對于地面的位置時刻變化[20]。20世紀(jì)末，奧地利等歐美國家率先開展了地面量子通信，我國只能做跟跑者。但潘建偉很早就意識到地面短距離量子衛(wèi)星通信有其固有的局限性，要實現(xiàn)量子通信技術(shù)的重大突破，突破量子通信實用化的壁壘，并帶動量子物理研究的重大突破，必須發(fā)射量子衛(wèi)星和開展星地量子通信。

2001年潘建偉回國，他創(chuàng)造性地提出在太空中進行量子密鑰分發(fā)的科學(xué)設(shè)想。在中國科學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)局、國家自然科學(xué)基金委的資助下，他在中國科技大學(xué)組建起量子物理與量子信息實驗室。當(dāng)時他們向中國科學(xué)院基礎(chǔ)局申請了200萬元經(jīng)費，對方卻果斷撥款400萬元。經(jīng)中國科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)牽線，潘建偉與中國科學(xué)院技術(shù)物理研究所的王建宇開始了十多年的合作。

2003年，潘建偉明確提出了星地量子通信概念。2005年，潘建偉和團隊成員率先在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了13公里自由空間量子通信，驗證了星地量子通信的可行性。

2.2 工程預(yù)研階段：中國科學(xué)院支持開展量子通信地面攻關(guān)(2006—2011年)

在中國科學(xué)院物理所于淥院士、南京大學(xué)閔乃本院士等建議下，“量子調(diào)控”2006年被列入國家重大科學(xué)研究計劃，量子通信業(yè)得到了國家十一五、十二五計劃和863計劃的支持。

星地量子通信的地面攻關(guān)于2008年列入中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項目，由中國科學(xué)院計財局、基礎(chǔ)局和高技術(shù)局三家聯(lián)合出資7500萬元。大科學(xué)工程的預(yù)研是對工程建設(shè)的初步“演習(xí)”，是要對工程建設(shè)中攻克所有相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與重要設(shè)備進行加工,目標(biāo)是最大程度地降低工程風(fēng)險[21]。與上海光源等通用性的、在地面上運行的大科學(xué)工程相比，量子衛(wèi)星工程作為專用性很強、在空間運行的科學(xué)裝置，科學(xué)目標(biāo)非常明確，設(shè)計完之后不可輕易更改，因此工程難度也更大、風(fēng)險更高。

2008—2011年，在首席科學(xué)家潘建偉與項目總工程師王建宇的指導(dǎo)下，中國科技大學(xué)，中國科學(xué)院的上海技術(shù)物理研究所、光電研究所、上海小衛(wèi)星工程中心與上海光機所聯(lián)合開展量子衛(wèi)星地面攻關(guān)，很好地完成了原理樣機在內(nèi)的工程預(yù)研。

2.3 工程攻堅階段：中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項立項和研制(2011—2015年)

當(dāng)奧地利等國就量子衛(wèi)星項目還在不斷討論的時候，中國卻充分發(fā)揮社會主義集中力量辦大事的優(yōu)勢，果斷決策。2011年，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星完成立項，被列入中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項首批科學(xué)實驗衛(wèi)星之一。潘建偉給這第一顆量子衛(wèi)星取名“墨子號”，是因為“過去我們的科研跟跑的年數(shù)太久了，很多人甚至認為好的東西都要跟在歐美后面才合理，這種感受很不好[22]。”

在為 “墨子號”制定科學(xué)目標(biāo)時，起初科學(xué)家團隊只提出了空間量子通信實用化驗證這一實用目標(biāo)，要“借助平臺，進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，并在此基礎(chǔ)上進行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破?！焙髞頂U展到更偏向量子物理維度的科學(xué)實驗研究，要利用量子衛(wèi)星平臺所提供的在地面上難以配備的長距離、大尺度的科學(xué)實驗條件[23]，“在空間尺度進行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗，開展空間尺度量子力學(xué)完備性檢驗”等[24]。

在 “2011計劃”的支持下，2012年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、南京大學(xué)、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)建“量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心[25]”。

“墨子號”量子衛(wèi)星大科學(xué)工程是不同參與者有序分工、協(xié)同創(chuàng)新的過程。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)負責(zé)提出科學(xué)目標(biāo)，地面系統(tǒng)建設(shè)并參與衛(wèi)星載荷研制，完成科學(xué)實驗。中國科技大學(xué)和中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所負責(zé)共同驗證“墨子號”的可行性，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所也是衛(wèi)星載荷研制的總體單位。中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負責(zé)研制衛(wèi)星平臺，并負責(zé)保障衛(wèi)星運行。中國科學(xué)院三大天文臺(國家天文臺、紫金山天文臺和新疆天文臺)負責(zé)提供天文觀測支持，并保障地面系統(tǒng)運行。中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所負責(zé)地面接收望遠鏡的研制，并保障其正常運行。中國科學(xué)院上海光機所負責(zé)研制了部分激光器，并利用這個平臺搭載了高速激光通信試驗設(shè)備。中國航天科技第八研究院研制生產(chǎn)了一發(fā)長征二號丁運載火箭，并負責(zé)將衛(wèi)星發(fā)射至預(yù)定軌道[26]。

在量子衛(wèi)星工程的研制中科學(xué)載荷系統(tǒng)是核心環(huán)節(jié)，具有很強的探索性和開創(chuàng)性。量子密鑰通信機、量子實驗控制與處理機、量子糾纏發(fā)射機，以及量子糾纏源這四個有效載荷是量子衛(wèi)星工程研制的核心。同時，瞄準(zhǔn)兩個地面站的高精度星地光路對準(zhǔn)、星載量子糾纏源、星地偏振態(tài)保持與基矢校正等工程級關(guān)鍵技術(shù)等，以及衛(wèi)星兩年的設(shè)計壽命，都是世界級難題。衛(wèi)星平臺復(fù)合姿態(tài)控制技術(shù)、天地鏈路的單光子接收也都難度極大。經(jīng)過潘建偉的科學(xué)家團隊與王建宇為主的工程研制團隊通力配合，在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心量子衛(wèi)星工程總體的管理下，才突破了上述一系列世界級技術(shù)難題，實現(xiàn)了杰出的技術(shù)成就。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、彭承志等與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所王建宇、光電技術(shù)研究所黃永梅等組成聯(lián)合團隊,于2008—2011年在青海湖成功實現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子態(tài)隱形傳輸和雙向糾纏分發(fā)，在國際上首次成功實現(xiàn)了星地量子密鑰分發(fā)的全方位地面驗證[27]。

2.4 全球領(lǐng)先階段：量子衛(wèi)星發(fā)射和持續(xù)高水平的科研產(chǎn)出

2014年12月，量子衛(wèi)星完成衛(wèi)星初樣研制。2015年2月26日，《Nature》以封面標(biāo)題的形式發(fā)表了潘建偉、陸朝陽等人的論文《單個光子的多個自由度的量子隱形傳態(tài)》。2016年6月，中國第一顆量子衛(wèi)星順利出廠。2016年6月16日，中國將世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射升空，實現(xiàn)星地之間密鑰分發(fā)。發(fā)射成功后，德國、法國、加拿大、巴基斯坦等國的科研人員紛紛到中國取經(jīng)。

實現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)是大科學(xué)工程的最終目的。量子衛(wèi)星發(fā)射升空后，中國科學(xué)家團隊在科學(xué)產(chǎn)出上捷報頻傳。國際學(xué)術(shù)期刊 《Science》刊載了2017年6月16日“墨子號”科學(xué)團隊實現(xiàn)公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗[28]?！禨cience》審稿人認為它是“兼具潛在實際應(yīng)用和基礎(chǔ)科研重要性的重大技術(shù)突破”“毫無疑問將在學(xué)術(shù)界和廣大社會公眾中產(chǎn)生非常巨大的影響”。2017年8月10日,中國科學(xué)家利用“墨子號”在國際上首次成功實現(xiàn)了空間量子物理研究的另外兩項重大突破——從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，其研究成果發(fā)表在 《Nature》上。至此，“墨子號”提前一年完成了全部既定科學(xué)目標(biāo)。這些世界紀(jì)錄為量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實驗研究奠定了基礎(chǔ)[29]，標(biāo)志著我國量子通信一舉跨越到領(lǐng)跑階段。

2018年1月，中國量子衛(wèi)星協(xié)同創(chuàng)新團隊與奧地利科學(xué)院塞林格研究組合作。他們通過“墨子號”量子衛(wèi)星，在中國和奧地利之間首次實現(xiàn)了距離長達7600公里的洲際量子密鑰分發(fā)，并利用共享密鑰實現(xiàn)了加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信。該成果標(biāo)志著“墨子號”已具備實現(xiàn)洲際量子保密通信的能力[30]。

3 “墨子號”量子衛(wèi)星大科學(xué)工程的管理特征

量子衛(wèi)星工程作為國家系統(tǒng)支持下的大科學(xué)工程，有明確的目標(biāo)導(dǎo)向、良好的頂層設(shè)計和制度保證，并獨具特色。

3.1 工程實施期間運行“首席科學(xué)家+工程兩總”的管理模式

以往美國航空航天局(NASA)的科研體制中，首席科學(xué)家不僅負責(zé)科學(xué)問題的攻關(guān)，還全面負責(zé)工程技術(shù)問題。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心于1997年提出的“地球空間雙星探測計劃”(又稱為“雙星計劃”)是中國和歐洲合作的第一個科學(xué)探測衛(wèi)星項目[31]。 “雙星計劃”沿襲了美國NASA首席科學(xué)家制，除了負責(zé)科學(xué)研究活動外，首席科學(xué)家劉振興院士還對該項計劃的所有工程技術(shù)活動負責(zé)。

在繼承中國 “兩彈一星”工程的組織模式和借鑒西方首席專家制的基礎(chǔ)上，中國空間領(lǐng)域的大科學(xué)工程創(chuàng)造性地發(fā)展出“首席科學(xué)家+工程兩總”制[32]，量子衛(wèi)星也采用了這樣的管理結(jié)構(gòu)(見圖1)，其中的 “工程兩總”是指工程總設(shè)計師系統(tǒng)和工程總指揮。

在探月工程中，中國特色的“首席科學(xué)家+工程兩總”管理模式已頗具雛形。但量子衛(wèi)星工程對這一模式有所改進和發(fā)展，首席科學(xué)家潘建偉被賦予了“一票否決權(quán)”，擁有更高的權(quán)限和地位。正如習(xí)近平同志所言的要“強化自主創(chuàng)新成果的源頭供給[33]”，科學(xué)家團隊的原創(chuàng)性思想是量子衛(wèi)星工程的靈魂。王建宇擔(dān)任量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程常務(wù)副總設(shè)計師、衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮，提出了量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的總體技術(shù)方案，負責(zé)衛(wèi)星載荷、天地一體化系統(tǒng)的設(shè)計，指導(dǎo)建立了天地一體量子通信科學(xué)實驗系統(tǒng)，并負責(zé)處理工程日程事務(wù)。中國航天科技集團公司第八研究院徐博明擔(dān)任量子衛(wèi)星工程總師，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、上海微小衛(wèi)星工程研究中心朱振才擔(dān)任量子科學(xué)實驗衛(wèi)星系統(tǒng)總師，對于該工程順利完成發(fā)揮了很大作用。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心抓總量子衛(wèi)星工程。

3.2 分布式天地大系統(tǒng)為平臺的協(xié)同創(chuàng)新

“墨子號”量子衛(wèi)星工程除了研制一顆 “量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”外，還需要建設(shè)好由衛(wèi)星系統(tǒng)、火箭系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、地面接收系統(tǒng)以及科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)這六大系統(tǒng)組成的天地大系統(tǒng)。每一分系統(tǒng)由項目不同參與者通過柔性項目制參與，進行系統(tǒng)式創(chuàng)新。

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)正是量子衛(wèi)星工程區(qū)別于一般大科學(xué)工程的獨特之處，畢竟大科學(xué)工程是基于科學(xué)又為了科學(xué)的工程[34]。該系統(tǒng)負責(zé)科學(xué)產(chǎn)出和發(fā)布科學(xué)成果，由4個量子通信地面站和1個空間量子隱形傳態(tài)實驗站構(gòu)成[35]。

每個子系統(tǒng)按照項目集群的方式，兼顧學(xué)科性質(zhì)去部署科研任務(wù)。每個子系統(tǒng)亦設(shè)有“工程兩總”，分別負責(zé)項目設(shè)計與項目管理。在“工程兩總”領(lǐng)導(dǎo)下的技術(shù)活動采用計劃控制下的多項目管理[36]。在科學(xué)目標(biāo)導(dǎo)引下，項目組通過領(lǐng)導(dǎo)層的快速決策和對多兵團的精誠管理，降低科技創(chuàng)新的成本與風(fēng)險，有效挖掘、整合和利用不同分系統(tǒng)的創(chuàng)新資源，實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新[37]。

3.3 首席科學(xué)家權(quán)威下參與者有效融合的管理機制

工程共同體概念近年在國內(nèi)學(xué)術(shù)界受到普遍關(guān)注，學(xué)者們認為，區(qū)別于結(jié)構(gòu)同質(zhì)的科學(xué)共同體和相對同質(zhì)的技術(shù)共同體而言，工程活動共同體是由工程師、工人、投資者、管理者和受眾等利益相關(guān)者構(gòu)成的異質(zhì)共同體[38]。張秀華曾研究了工程活動共同體講時效的協(xié)同主義等維系機制[39]。不過，以往研究相對忽略了大科學(xué)工程這類特殊的工程。對此，本文提出大科學(xué)工程共同體的概念。大科學(xué)工程集科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和工程建設(shè)三者于一身，大科學(xué)工程共同體主要由工程管理者、首席科學(xué)家率領(lǐng)的科學(xué)家團隊、承擔(dān)不同分系統(tǒng)任務(wù)與具體項目的工程師團隊構(gòu)成，這些不同行動者與利益相關(guān)者長期合作、有效融合，共同完成大科學(xué)工程。

面向國家量子通信的重大戰(zhàn)略需求是“墨子號”工程發(fā)展的基本動力，而工程的順利完成也關(guān)乎科學(xué)家和工程師的切身利益，如職稱晉升、社會認同和個人聲譽等利益保障。工程實施中科學(xué)家、工程師與管理者的彼此信任與有效溝通是維系工程的重要微觀機制?？茖W(xué)家總有新創(chuàng)意，工程師卻追求穩(wěn)定和低風(fēng)險。王建宇曾說，“對于做衛(wèi)星工程的人來說，沒有99%，必須做到萬無一失[40]。”

對于工程師團隊的重要作用，潘建偉有清醒的認識，他曾指出“量子衛(wèi)星的難點就在于工程技術(shù)，因為進入量子尺度后，許多符合宏觀物理學(xué)原理的經(jīng)典器件都遇到了麻煩[41]?！贝送?，科學(xué)家團隊與工程師團隊形成了有效的溝通制度。在早期階段，為幫助工程技術(shù)人員理解量子衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)及量子通信原理，科學(xué)家們做了十幾場學(xué)術(shù)報告。為了幫助工程研制人員了解在軌科學(xué)實驗流程，工程總體組和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的人員一同編制了《量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程天地一體化實驗流程分析報告》?！澳犹枴背?wù)副總設(shè)計師王建宇還擔(dān)任中國科學(xué)院上海分院副院長這一職務(wù)，雖然行政事務(wù)繁忙，做科學(xué)載荷出身的他經(jīng)常在周末扎進實驗室，了解量子衛(wèi)星工程技術(shù)的內(nèi)在機理。科學(xué)家們也仔細了解工程師的設(shè)計思維和技術(shù)難度，聽取工程師的建議。正因如此，“墨子號”實現(xiàn)了高效的創(chuàng)新。當(dāng)然，首席科學(xué)家的學(xué)術(shù)權(quán)威、社會威望，以及工程總設(shè)計師的組織領(lǐng)導(dǎo)才能和個人特質(zhì)也是大科學(xué)工程得以高效運轉(zhuǎn)的重要因素。

此外， “墨子號”涉及大量核心技術(shù)和科學(xué)機理研究，工程風(fēng)險較高，大科學(xué)工程共同體內(nèi)不同參與者之間的通力合作則有利于及時、準(zhǔn)確地識別和化解風(fēng)險?！澳犹枴绷孔有l(wèi)星原計劃在2016年7月?lián)駲C發(fā)射。但在發(fā)射前卻發(fā)現(xiàn)激光器能量快速下降，如盲目發(fā)射，“墨子號”可能變成一個“瞎子”[42]。對于是否延期發(fā)射，共同體內(nèi)的科學(xué)家團隊與工程師團隊存在兩種不同意見。最終雙方達成一致，決定先解決問題，推遲一個月發(fā)射。之后，大家加班加點，為解決問題各顯身手，以確?？茖W(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)[23]。問題很快解決，最終“墨子號”于同年8月中旬升空。

3.4 積極開展國際交流與合作

因量子信息研究集多學(xué)科于一體，必須有不同學(xué)科背景的人才方能取得科學(xué)突破。潘建偉一開始就有計劃地派學(xué)生到歐美先進機構(gòu)學(xué)習(xí)不同的方向，這些學(xué)生回國后在學(xué)科上互補，為量子通信的基礎(chǔ)科研打下了良好基礎(chǔ)。而且，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在保障我國科學(xué)發(fā)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)的基礎(chǔ)上，較早地實現(xiàn)了向世界開放。潘建偉與他在奧地利的老師塞林格教授團隊在“墨子號”上有很好的合作。今后，我國量子通信的國際合作將拓展到德國、意大利、加拿大等國。

4 “墨子號”量子衛(wèi)星大科學(xué)工程管理的問題及建議

4.1 “墨子號”折射出的大科學(xué)工程管理的普遍性問題

量子衛(wèi)星作為我國在國際上“領(lǐng)跑”型的大科學(xué)工程，其工程管理過程中暴露出的一些問題在我國大科學(xué)工程中具有一定的代表性：

(1)20世紀(jì)下半葉，不管政治、經(jīng)濟和社會因素如何變化，我國空間技術(shù)始終得到黨和政府的最大支持，得以迅速發(fā)展[43]，但國家對空間科學(xué)的重視較弱。美國航空航天局一般是先制定好較完備的空間科學(xué)規(guī)劃，再立項研究。而直到2016年“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)射那一年，我國才由中國科學(xué)院發(fā)布了述及量子衛(wèi)星的《2016—2030年空間科學(xué)規(guī)劃研究報告》[44]。因缺乏長期規(guī)劃，科研經(jīng)費來源一直是科學(xué)家們擔(dān)心的話題。

實踐十號返回式衛(wèi)星、量子衛(wèi)星、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星和硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星等科學(xué)實驗衛(wèi)星取得成功后，國家在“十三五”規(guī)劃、“十四五”規(guī)劃中繼續(xù)部署了對中國科學(xué)院科學(xué)實驗衛(wèi)星的支持。2016年“量子調(diào)控與量子信息”成為國家重點研發(fā)計劃優(yōu)先啟動重點專項，2017年5月國家自然科學(xué)基金委與中國科學(xué)院共同出資設(shè)立了空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金[45]，不過上述科研資助渠道偏向基礎(chǔ)研究，卻未述及今后新型量子衛(wèi)星的研發(fā)。

(2)耗資巨大、顯示度高的航天高科技工程往往萬眾矚目。我國公眾和媒體對航天工程有著很高的期望，甚至要求“只可成功不可失敗”，但航天科技的發(fā)展必定是高風(fēng)險的、破壞性創(chuàng)新的過程。因此，管理者、科學(xué)家和工程師們往往內(nèi)心長期緊繃一根弦，這種狀態(tài)不利于科研的長期發(fā)展。

(3)很多科研單位都招聘一定的工程技術(shù)人員，與從事基礎(chǔ)研究的人員相比，工程技術(shù)人員的職稱晉升和發(fā)展空間相對受限。在考核時與科學(xué)家“一視同仁”，只看文章和專利，而忽視了工程技術(shù)人員在型號任務(wù)中的貢獻，這樣就難免挫傷團隊中工程技術(shù)人員的積極性。

4.2 改進大科學(xué)工程管理的幾點建議

現(xiàn)在歐美等國相繼啟動了量子專項計劃，為了保持我國在量子通信領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，嘗試提出以下政策建議：

一是頂層設(shè)計要考慮長期支持重要方向。對于量子衛(wèi)星工程這類科學(xué)目標(biāo)明確、公眾參與度高、科研基礎(chǔ)雄厚、能長遠推動國計民生的項目，國家需要有選擇性地制定發(fā)展規(guī)劃和長期支持。為了保持我國在量子通信領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，有必要繼續(xù)開展量子通信工程技術(shù)研究，相關(guān)研究需要得到國家科技重大專項的后續(xù)支持。

二是完善針對工程技術(shù)人才的科技評價。工程技術(shù)人員和科學(xué)家都是大科學(xué)工程中創(chuàng)新活動的主體，要激發(fā)工程技術(shù)的潛能，需要制定科學(xué)合理的評價體系。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所針對偏向工程和偏向理論基礎(chǔ)的科研人員專門制定了不同的評價方法。對于工程師的職稱評定主要看完成了哪些工程項目，是否牽頭突破了工程技術(shù)和研發(fā)出高科技產(chǎn)品。不過工程技術(shù)人員因缺少論文和專利，在申請國家科研項目時依舊沒有優(yōu)勢，上升空間狹窄。未來，還需要為工程技術(shù)人員的職業(yè)發(fā)展和資源獲得提供更多機會。

三是培育包容自勵的創(chuàng)新環(huán)境和推進科學(xué)傳播?？茖W(xué)研究倡導(dǎo)學(xué)術(shù)自由探索，社會公眾和媒體環(huán)境應(yīng)對大科學(xué)工程的風(fēng)險有一定的準(zhǔn)備，因此應(yīng)努力創(chuàng)建寬松、和諧、向上的科研氛圍，推動科研人員求真務(wù)實、大膽創(chuàng)新，產(chǎn)生更多原創(chuàng)性科學(xué)思想。此外，由于科學(xué)傳播工作不足，有些人混淆了量子通信與量子衛(wèi)星上開展的量子密鑰分發(fā)實驗。而量子糾纏本身的學(xué)術(shù)爭議是正?，F(xiàn)象。也正因存在爭議，量子通信的科研才更有意義。做好科學(xué)傳播，可增進公眾對量子衛(wèi)星這類大科學(xué)工程的理解和支持。

綜上所述，目前，我國正致力于建設(shè)創(chuàng)新型國家，科技發(fā)展正努力從“跟蹤”到“并行”再到“領(lǐng)跑”。我國地面量子通信遵循的是后來者的“趕超”路線，2017年京滬干線的開通標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域達到了國際先進水平，而“墨子號”量子衛(wèi)星卻以潘建偉等海歸科學(xué)家的原創(chuàng)性思想為源頭，在政府的果斷決策和可靠的資源保障下，依托科學(xué)高效的管理模式，2016年便在世界上首次實現(xiàn)了星地通信，憑借“彎道超車”達到全球領(lǐng)先，大大促進了我國量子通信的實用化和量子物理研究的發(fā)展。這些對我國大科學(xué)工程的組織管理和中國式科技創(chuàng)新多有借鑒意義。