國家自然科學基金委員會地球科學部2022年度專項項目指南 ——月球與深空探測科學研究（一）

國家自然科學基金委員會地球科學部2022年度專項項目指南——月球與深空探測科學研究（一）

     載人航天、探月工程、火星探測等深空探測計劃是國家重大戰略部署，業已取得舉世矚目的成就。我國探月工程已實現繞、落、回三期目標，嫦娥五號首次實現我國的地外天體采樣返回，天問一號火星探測工程通過一次任務實現了火星環繞、著陸和巡視。嫦娥五號返回樣品是月球最年輕火山作用產物，對揭示月球形成與早期演化、月球結構與動力演化、月表過程與空間環境等問題有重要意義，為開展月球和深空探測科學研究、推動我國地球和行星科學的發展提供了重大機遇。

　　與深空探測工程相比，我國相關的基礎科學研究相對薄弱、缺乏頂層設計、缺乏有組織的系統性研究，對未來的探測工程也未開展深入的前瞻性研究，相對國家關于科學與工程對深空探測的“雙輪驅動”的要求尚有較大差距。針對上述問題，圍繞國家月球和深空探測戰略對基礎科學研究的需求，充分發揮國家自然科學基金的基礎性、科學性、前瞻性和引領性優勢，國家自然科學基金委員會地球科學部擬啟動“月球與深空探測科學研究（一）”專項資助工作。

　　一、月球板塊

　　（一）科學目標

　　以嫦娥五號樣品和探月工程前三期科學探測數據分析與研究為切入點，采用多學科研究方法開展相關科學研究，揭示月球的物質組成、形成機制和動力演化，查明月球成壤過程和月球與空間粒子相互作用機制，評估月球表面資源可利用性，獲得地月系統演化和地月空間環境新認知。

　　（二）擬資助研究方向

　　1.月球磁場記錄和演化

　　確定月球玄武巖中磁性礦物種類、載磁能力等磁學特征，反演月壤巖屑磁化歷史和成因；確定玄武巖巖漿噴發時的古磁場強度，揭示20億年前月球發電機狀態；反演月球磁場演化歷史。

　　2.月球年輕火山活動特征、驅動因素及殼幔分異意義

　　分析月壤玄武巖巖屑中特殊結構和組成；實現針對同一樣品/礦物多同位素（如Mg，Fe，Ca，Ti，Cr，Cl等）的高精度分析，并籍此（定量）約束月球巖漿結晶分異過程、研究月球巖漿洋的出現、冷卻、殼幔分異過程、后巖漿洋火山活動等各個熱演化階段的信息，驗證/提出月球熱演化模型。驗證/提出月球年輕火山巖漿活動的驅動因素；解析年輕地質活動產物葉狀陡坎的成因機制和月球應力場演變。

　　3.嫦娥五號月壤中非月海物質與月球早期演化

　　鑒定月壤中非月海物質顆粒的母巖類別，分析其形成和演化過程，確定母巖源區的深度和性質；結合理論計算和遙感觀測，揭示月壤不同物質的來源和相關地質過程；結合實驗模擬、數值計算，探索月球的內部結構和不同深度的物質組成、月球形成和早期演化過程的制約。

　　4.月球水和揮發分的含量與來源

　　確定月壤中不同礦物/組分中水和揮發分的含量、分布及來源；研究月球巖漿去氣過程中揮發分的行為，制約月幔源區水等揮發分的含量、來源及其時空演化；基于撞擊玻璃，識別外來揮發分的加入和撞擊過程中揮發分的丟失；開發極小樣品量月壤中有機質種類和來源探測技術，尋找月球水與有機物質的潛在聯系。

　　5.月壤暴露年代學和月球空間環境

　　完善月壤暴露風化年齡高精度測試技術；結合不同層位月壤顆粒的暴露年齡、礦物結構和同位素組成，揭示太陽風/地球風/宇宙射線等對礦物/玻璃結構的改造；評估月表微隕石撞擊、太陽風、宇宙射線的規模和強度；厘清太空風化在月壤光譜上的響應機制。

　　6.月球表面與太陽風/地球風相互作用

　　研究太陽風/地球風在月球表面的濺射與反射過程，月表磁異常在月壤太空風化過程中的作用，太陽風/地球風在月表水形成過程中的可能作用，揭示月球與地球風太陽風相互作用的機制和時空演化。

　　7.月球新礦物和隕石撞擊記錄

　　識別并解析嫦娥五號樣品中新礦物及其形成機制；尋找月壤的撞擊記錄并重建嫦娥五號登陸區的撞擊歷史；研究微隕石撞擊對月壤顆粒的改造、內部/表面結構的破壞和擾動，評估撞擊對月表成分和同位素體系的改造；限定撞擊體的類型、組成和來源，探索其所攜帶的宇宙物質信息。

　　8.月壤物理特性與月表原位資源利用

　　分析月壤顆粒的幾何特征和礦物學組成，評估其力學特性，微觀傳力機理等；建立月壤顆粒成分、結構、物理特性數據庫；實驗研究月壤顆粒粒度，靜電特性，生物毒性等理化性質，查明月壤原位結構與物理性質及其對探測工程的影響；分析月表資源特征，探明月表資源量，發展月表開發利用技術。

　　二、火星板塊

　　（一）“火星亞馬遜紀地質和水環境演化研究”的科學目標

　　聚焦火星亞馬遜紀地質和水環境演化這一重大科學問題，依托我國天問一號首次火星任務數據并結合國際歷史數據，揭示祝融號著陸巡視區物質特性和水環境演化歷史，厘清火星（包括著陸巡視區）淺層精細結構特征與水冰分布特征，系統研究火星亞馬遜紀冰川作用特征與規律，揭示火星風沙地貌時空分布特征和古氣候演化規律，理解火星晚期和現代地質特征改造和演化過程，在火星晚期地質過程和氣候與水環境演化方面取得突破性認識。

　　（二）“火星亞馬遜紀地質和水環境演化研究”的擬資助研究方向

　　1.祝融號著陸區物質特性和亞馬遜紀水環境演化

　　確定著陸巡視區巖石和土壤的物質組成及風化程度，厘清著陸區含水礦物的類型和成因機制，精細刻畫著陸巡視區典型形貌和構造特征，揭示烏托邦平原和火星亞馬遜紀水環境演化歷史。

　　2.火星淺層結構特征與水冰分布

　　發展雷達數據校正和高精度成像反演模型，刻畫著陸巡視區淺表層精細分層結構并揭示地質演化事件時序，獲取火星全球水冰分布特征，揭示火星極區水冰層狀沉積物的特性和成因機制。

　　3.火星亞馬遜紀冰川作用特征與規律

　　獲取火星冰川地貌特征的全球分布特征，研究典型區域冰川融水與表面水流形貌相關性，厘清冰川地貌的形成機制及其與亞馬遜紀地層的耦合關系，揭示中低緯冰川作用對火星自轉軸傾角周期性變化的響應機制。

　　4.火星風沙地貌和古氣候特征研究

　　厘清著陸巡視區橫向風成脊的形貌特征和形成機制，獲取火星全球風成地貌時空分布特征和演化過程，研究風沙物質組成并追溯其來源機制，反演火星古風場和古氣候特征。

　　5.火星近現代地質特征和改造過程

　　揭示火星季節性斜坡條紋的分布規律和成因機制，厘清滑坡、凹錐、壁壘撞擊坑、多邊形構造等相關地貌的分布特征和形成機制，理解火星晚期火山作用規模和影響，約束火星晚期撞擊通量。

　　（三）“火星空間粒子分布和輸運機理研究”的科學目標

　　基于天問一號軌道器任務，結合國際火星任務的觀測數據，研究火星空間離子分布和輸運過程與大氣逃逸的關系，確定太陽風、火星巖石圈磁場、磁層及遠磁尾過程、電離層和大氣活動對粒子輸運過程的控制作用，評估瞬時全球離子逃逸率及其隨太陽活動的變化；構建近火空間高能粒子輻射模型，探討粒子輻射對火星宜居性的影響。

　　（四）“火星空間粒子分布和輸運機理研究”的擬資助研究方向

　　1.基于中性原子（ENA）觀測數據反演的離子分布和逃逸研究

　　開展ENA數據處理和反演方法研究，反演全球離子分布及逃逸通量。建立全球逃逸離子的模型，評估全球離子的瞬時逃逸率；研究太陽風ENA的時空分布特征，反演太陽風與火星相互作用的大尺度結構及其對CME事件的響應；研究太陽風ENA沉降現象及其對外逸層的加熱效應，評估其對大氣逃逸的貢獻。

　　2.遠磁尾動力學過程和離子逃逸的關系研究

　　研究火星遠磁尾不同成分離子分布和磁場結構的特征，定量確定尾向逃逸離子和火向回流離子的分布區域及關聯因素，確定火星逃逸離子從近磁尾到遠磁尾的演化過程；研究遠磁尾的主要物理過程，如磁場重聯、Kelvin-Helmholtz波動、電流片拍動和磁通量繩等，在遠磁尾離子分布及動力學過程（加速和減速、尾流和回流）中的作用；結合模型，確定遠磁尾離子逃逸演化的物理機制及其控制因素。

　　3.巖石圈磁場對離子分布和輸運的控制作用

　　研究火星巖石圈磁場（磁異常）對無磁行星感應磁層的改變，對太陽風與火星磁層相互作用的控制，以及對磁層粒子分布及其動力學過程的影響，揭示磁場與離子逃逸的關聯；根據祝融號觀測數據，分析火星表面磁場的時間變化規律，揭示電離層發電機的主控因素，探討磁場在電離層過程中的作用。

　　4.電離層/大氣層對離子逃逸的影響

　　研究火星磁層結構、磁層過程，粒子分布與輸運與電離層/中高層大氣特性的關系，中低層大氣循環、沙塵暴等事件與大氣逃逸之間的關聯性；確定圈層之間的耦合機理；考察季節、太陽活動等因素帶來的變化，揭示主控因素。

　　5.近火空間高能粒子輻射環境

　　研究高能粒子與火星空間環境，包括與等離子體波動、與火星大氣以及火表的相互作用，研究近火空間至火星表面的高能粒子特性的變化，確定太陽爆發活動火星高能粒子環境受的影響；構建近火空間至表面高能粒子輻射模型，探討粒子輻射的長期變化，評估其對火星宜居性的影響。

　　三、自由探索板塊

　　（一）總體目標

　　圍繞我國月球和深空探測工程任務的科學目標，系統布局，重點突破，在月球和行星特征、內部結構、形成演化、表面和空間環境、資源利用等方面發現新現象、探索新規律，獲得地月系統和行星系統新認知；提出月球與深空探測科學計劃的新需求，為未來月球和深空探測工程提供基礎理論和科學認知。

　　根據上述總體目標，除月球板塊和火星板塊的研究方向外，本專項還鼓勵申請人自主選題，在以下3個研究方向分別開展創新性研究。自主選題應圍繞月球與深空探測科學研究中的關鍵基礎科學問題，發揮科學基金的前瞻性和導向性作用，注意與其他各類科學研究資助計劃的區分。

　　（二）擬資助研究方向

　　1.月球與火星探測的自由探索研究

　　利用重力場、月震、火星震、激光測距等多源觀測數據，分析月球和火星形變、自由振蕩等動力學信號，開展高溫高壓礦物物性研究，約束其深內部結構，建立密度和速度結構參考模型及與之相洽的礦物學模型。基于結構、物性與礦物成分等開展動力學理論模擬，提供月球和火星的核/幔對流、核幔邊界物性結構、磁流體發電機沉寂的新認知，推演不同地質時期行星-衛星系統軌道動力學演化。

　　2.小行星探測的自由探索研究

　　包括但不限于：面向航天器飛越探測、小行星防御、原位探測任務的近地小行星運行規律、三維重建與數值模擬和高效處置研究；小行星精確測量、建模、重力場研究；小行星物質來源與組成；小行星探測器多源數據處理；小行星探測器著陸選址等。

　　3.深空探測新技術與新方法

　　包括但不限于：地外星體大地坐標系及重力場構建技術與方法；行星際探測的遙感探測技術與方法；深空探測多源數據融合分析方法；深空探測科學載荷研制；月球與行星探測的定年新技術；高精度極微量原位、微區元素和同位素無損分析方法；微量、微區磁學分析方法；校驗行星成分與光譜探測數據的實驗方法。

　　四、資助計劃

　　本專項項目擬資助中等額度項目15-20項，直接費用平均資助強度不超過300萬元/項，資助期限為4年，申請書中的研究期限應填寫“2023年1月1日－2026年12月31日”；擬資助小額度項目不超過40項，直接費用平均資助強度不超過25萬元/項，資助期限為1年，研究期限應填寫“2023年1月1日－2023年12月31日”。

　　五、申請要求及注意事項

　　（一）申請條件

　　本專項重點項目申請人應當具備以下條件：

　　1.具有承擔基礎研究課題的經歷；

　　2.具有高級專業技術職務（職稱）。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

　　（二）限項申請規定

　　1.本專項項目申請時不計入高級專業技術職務（職稱）人員申請和承擔總數2項的范圍；正式接收申請到國家自然科學基金委員會作出資助與否決定之前，以及獲得資助后，計入高級專業技術職務（職稱）人員申請和承擔總數2項的范圍。

　　2.申請人和參與者只能申請或參與申請1項本專項項目。

　　3.申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

　　（三）申請注意事項

　　1.申請接收時間為2022年11月25日－2022年11月30日。

　　2.本專項項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下：

　　（1） 申請人在填報申請書前，應當認真閱讀本項目指南和《2022年度國家自然科學基金項目指南》的相關內容，不符合項目指南和相關要求的申請項目不予受理。

　　（2） 本專項項目旨在緊密圍繞核心科學問題，將對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成為一個專項項目集群。申請人應根據本專項擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

　　（3） 申請人登錄科學基金網絡信息系統，按照撰寫提綱及相關要求撰寫申請書。

　　（4） 申請書中的資助類別選擇“專項項目”，亞類說明選擇“研究項目”，附注說明選擇“科學部綜合研究項目”。申請代碼1應按照擬資助研究方向后標明的申請代碼要求選擇地球科學部D下屬申請代碼。以上選擇不準確或未選擇的項目申請不予受理。申請項目名稱可以不同于擬資助研究方向下列出的研究內容名稱，但應屬該內容所轄之內的研究領域。

　　（5） 每個專項項目的依托單位和合作研究單位數合計不得超過3個；主要參與者必須是項目的實際貢獻者。

　　（6） 申請人應當按照專項項目申請書的撰寫提綱撰寫申請書，請在申請書正文開頭注明“2022年度專項項目月球與深空探測科學研究（一）“**板塊”之研究方向*：***（按照上述擬資助研究方向之一填寫）”。

　　申請書應突出有限目標和重點突破，明確對實現本專項總體目標和解決核心科學問題的貢獻，并闡明圍繞本項目指南的研究方向擬重點突破的科學問題、達到的研究目標或技術指標。

　　如果申請人已經承擔與本專項項目相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

　　（7） 申請人應當認真閱讀《2022年度國家自然科學基金項目指南》申請規定中預算編報要求的內容，認真如實編報項目預算。

　　（8） 本專項項目實行無紙化申請，申請人完成申請書撰寫后，在線提交電子申請書及附件材料。依托單位只需在線確認電子申請書及附件材料，無須報送紙質申請書，但必須對本單位申請人所提交申請材料的真實性和完整性進行認真審核。依托單位應在項目接收工作截止時間前（2022年11月30日16時）前通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料；在截止日期后24小時內在線提交本單位申請項目清單。項目獲批準后，依托單位將申請書的紙質簽字蓋章頁裝訂在《資助項目計劃書》最后，在規定的時間內按要求一并提交。

　　3.本專項項目咨詢方式：

　　國家自然科學基金委員會地球科學部綜合與戰略規劃處，聯系電話：010-62327157；電子郵箱：ghc@nsfc.gov.cn。

　　（四）其他注意事項

　　1.本專項項目鼓勵多學科研究團隊聯合攻關，滿足多學科集成需要，跨越學科間屏障，解決月球與深空探測科學研究相關的基礎性科學問題。

　　2.獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定，實現在研究材料、基礎數據和實驗平臺上的項目集群共享。項目執行過程中須關注與本專項其他項目之間的相互支撐關系。

　　3.為加強項目的學術交流，促進專項項目集群的形成和多學科交叉，本專項項目集群將設專項項目指導專家組和協調推進組，每年舉辦一次資助項目的年度學術交流會，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人必須參加上述學術交流活動，并認真開展學術交流。

來源：國家自然科學基金委員會    

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