目前學術界對于"高能天體物理學"的研究內容并沒有標準的定義?？紤]到本專題中其他文章所覆蓋的內容和篇幅所限，本文將"高能天體物理學"的研究內容人為地局限在以下的范圍：（1）研究的對象限制在黑洞、中子星、超新星遺跡和γ射線暴；（2）研究手段限制在對X射線和γ射線空間觀測。
由于本文并不是一般的綜述和評述，作者并沒有按照常規的做法直接引用參考文獻，而是在需要的地方推薦讀者參考最近國內學者主寫的綜述和評述文章，而且以發表在中文期刊《天文學進展》的文章為主。
1 高能天體物理學的研究進展和意義
1.1 黑洞
目前得到觀測證認存在的黑洞主要有處于雙星系統中約10倍于太陽質量的恒星級黑洞（雙星系統中的另一個天體是普通的恒星）和處于幾乎每個星系中心的質量為百萬到百億太陽質量之間的超大質量黑洞[1].
普遍認為，恒星級黑洞是大質量恒星演化到最后引力塌縮形成的，但其具體的形成過程、形成的初始條件，以及它們和超新星爆發、γ射線暴、超新星遺跡的關系都是還沒有解決的問題。最近10年，對超大質量黑洞觀測研究的一個主要進展就是，發現了超大質量黑洞的質量與其宿主星系的很多宏觀性質有密切的相關，表明超大質量黑洞的增長過程和星系的演化是密不可分的。觀測上也發現，由幾百個星系組成的星系團中心的一個超大質量黑洞的活動可以對整個星系團的性質和演化產生重大的影響。但是超大質量黑洞的增長過程和種子黑洞的形成機制、超大質量黑洞對星系和星系團的反饋機制及其對宇宙演化的影響等重要和深刻的問題都還沒有得到解決。最近的研究表明，中等質量黑洞可能處于矮星系、星團的中心和極亮X射線源中，但是它們存在的確鑿證據、形成和演化機制以及它們和超大質量黑洞的種子黑洞的關系都還處于探索研究階段[2].
如圖1所示，這些不同尺度黑洞系統共同的重要天體物理過程就是吸積和噴流[3,4],以及它們對于周圍環境的反饋作用和對不同尺度天體系統演化的影響[5].由于黑洞視界本身無法被直接觀測到，我們對于黑洞基本性質的了解基本上是通過其周圍吸積盤輻射的電磁波來進行的，比如黑洞存在的證據、黑洞增長的過程、黑洞的自轉[1,6].黑洞的吸積盤表現出豐富多彩的行為，比如類似太陽大氣的多層結構、"能譜態轉換"、準周期振蕩、極低和極高的輻射效率、外流和相對論噴流等。
這些現象背后的深刻物理聯系和機制以及和黑洞本身物理性質的關系都是天體物理的前沿熱點問題。視超光速相對論噴流是黑洞吸積系統（和少數吸積中子星系統）所獨有的、非常壯觀的天體物理現象，反映了這些致密天體附近極端物理條件下物質和能量的特殊行為，可作為宇宙中特殊的實驗室研究在地球上的實驗室中難以或者不可能開展的基礎科學研究。
1.2 中子星
Chandrasekhar 關于致密天體的狀態方程的研究獲得了物理學諾貝爾獎。中子星的發現和利用中子星雙星系統研究與引力波輻射已分別被授予諾貝爾物理學獎。在中子星被發現之后的近半個世紀里，人們對于中子星的認識有了巨大的進步，中子星的研究不但促進了對恒星演化的理解，而且中子星作為基礎物理的實驗室對于理解核物質在低溫和高密度情況下的性質（這對于理解強相互作用的物理規律非常重要）還起了推動作用。
中子星雙星系統也是我們驗證廣義相對論效應的實驗室，目前對廣義相對論理論的最精確驗證就是在中子星雙星系統實現的。
目前觀測到的幾乎所有的中子星都是如圖2所示的脈沖星（除少數處于低質量x射線雙星中的中子星外），很多脈沖星的脈沖到達地球觀測地的時間極為穩定，可與人造最穩定的時鐘媲美甚至超過人造時鐘的穩定度。這些精確的時鐘不但可以作為天然的時鐘提供時間基準、為處于深空的空間飛行器提供時間校對和導航，而且還可以用來探測其他天體產生的引力波的信號。但目前對于脈沖星的脈沖輻射機制、脈沖穩定度的產生和破壞機制以及中子星的長期演化過程都還沒有從根本上得到理解，影響了脈沖星的充分利用。
中子星的表面磁場強度在自然界中是最高的，而且遠遠超過人造最強磁場的強度。因此利用中子星可以研究在其他任何地方都無法研究的極強磁場物理，可以檢驗量子電動力學預言的一系列強磁場下的物質的特殊行為。觀測發現，不同脈沖星的表面磁場強度的分布在大于107和小于1014高斯之間，而通常年老脈沖星的表面磁場強度比年輕脈沖星低，表明脈沖星的磁場存在長期衰減。脈沖星磁場的產生和演化機制與中子星的內部結構和狀態密切相關，但目前還沒有得到滿意的理解。根據脈沖星的自轉變慢率可以計算出脈沖星的年齡，觀測卻發現很多脈沖星的年齡都遠遠大于和其成協的超新星遺跡的年齡。由于超新星爆發同時產生該超新星遺跡和該中子星，上述年齡的不一就產生了孿生子年齡不一的嚴重矛盾。最近的研究表明，這個矛盾可能是由于計算中子星年齡時忽略了中子星磁場的衰減過程。
脈沖星還表現出眾多豐富多彩的天體物理現象。最近觀測發現了瞬時出現的脈沖星，它們在大部分時間不產生脈沖，無法觀測到，表明脈沖星的實際數量比以前觀測到的多很多。觀測到有些脈沖星的自轉周期存在"慢glitch",有些存在周期性的變化。而大部分中子星的周期長期變化也不是完全規則的，存在所謂的"timing noise".有關機制仍然沒有得到很好的理解。
有些中子星處于雙星系統中，當觀測到的脈沖星和另一個天體沒有直接的作用時，通過研究其雙星系統軌道的變化和演化能夠對廣義相對論做出嚴格的檢驗。當其中的另外一個天體是一個恒星時，恒星的氣體就可能被中子星吸積形成和中子星作用的吸積盤。由于吸積流的存在，這些系統一般情況下不表現為射電脈沖星，而主要表現為X 射線脈沖星、X 射線爆發源、Z- 源或者atoll-源。近十幾年 X 射線觀測在吸積中子星系統中發現了千赫茲準周期振蕩現象[7],有可能用來檢驗廣義相對論效應和測量中子星的基本性質。同時由于吸積流到達中子星表面之后會產生各種觀測效應，比較黑洞和中子星吸積雙星的X射線輻射也可以研究吸積盤物理。最近觀測到有些中子星雙星系統產生γ射線，可能是不處于活動吸積狀態的中子星的脈沖星風和其伴星作用所加速的高能粒子的輻射。
脈沖星研究的另外一個重要的意義就是尋找夸克星，其內部的物質不是由中子主導，而是由超核物質密度的夸克物質主導。是否存在夸克星以及夸克星的性質，對檢驗強相互作用理論至關重要。但是觀測上如何有效地區分中子星和夸克星仍然是沒有解決的重要前沿問題[8].
1.3 超新星遺跡和γ射線暴
大質量恒星演化到最后形成中子星或者黑洞的時候能夠產生劇烈的超新星爆發，而白矮星在吸積物質或者和另一個白矮星并合的時候也會產生超新星爆發，釋放大量的能量并帶走爆發前白矮星的大部分物質，爆發之后留下的殘骸就是超新星遺跡[9].這些爆發攜帶的大量動能物質在向外膨脹過程中和星際介質作用產生激波，能夠有效地把帶電粒子加速到遠遠超過地球上人造加速器所能夠達到的能量。通過觀測超新星遺跡的高能粒子的輻射可以研究其遺跡中高能粒子的加速機制以及銀河系宇宙線的起源。超新星遺跡當年齡超過10萬到百萬年后，就混合到了星際介質中，無法觀測到了。有些超新星爆發還會把部分物質拋出星系，成為星系際介質。因此超新星爆發是宇宙物質和能量循環，以及重元素豐度演化的主要過程。研究超新星遺跡的統計性質，也能夠理解星系中最近的恒星的形成，同時對于理解星系的演化也很重要。
由于在銀河系內幾百年才會發生一次超新星爆發，而其他星系的超新星遺跡在超新星爆發初期很難觀測到，1987年在大麥哲倫星云（實際上是緊鄰銀河系的另外一個星系）中看到的超新星爆發（SN1987A）就成為了研究超新星遺跡早期演化的最佳實驗室。根據觀測到的該超新星爆發的光變和光譜，推測該爆發應該產生1個中子星或者黑洞，但至今在這個超新星遺跡中還沒有找到任何致密天體。此外，爆發幾年之后在光學波段由哈勃空間望遠鏡觀測到的三環結構和Chandra X 射線望遠鏡看到的單環結構任何模型都沒有預言過，對大質量恒星晚期演化理論和超新星爆發模型提出了重大挑戰。
如圖3所示，γ射線暴是宇宙中最劇烈的天體活動現象[10,11],所產生的各向同性γ射線輻射的總能量在秒量級的時間內能夠達到1054erg,比普通的超新星爆發的輻射高幾個數量級。目前觀測到的γ射線暴主要是兩類，γ射線輻射脈沖短于大約2秒的事件可能產生于2個中子星的并合過程，而更長的事件則可能來自于大質量恒星演化到最后塌縮形成高速轉動的磁中子星或者恒星級黑洞的過程，前者是引力波直接探測的最佳候選天體之一。觀測到的γ射線脈沖一般認為來自于形成的致密天體和吸積盤產生的極端相對論噴流的內激波。伴隨γ射線暴的光學和X射線的余暉一般認為來自噴流和周圍介質作用產生的外激波，通過余暉的觀測可以研究γ暴的周圍環境、噴流的性質以及γ暴之后中心致密天體持續活動的情況。盡管經過了近40年多個天文衛星和大量地面望遠鏡的觀測觀測研究，目前對于γ暴產生的基本過程（中心發動機機制），噴流的產生、加速、組成和結構等基本問題仍然沒有得到根本的理解。
由于γ射線暴有極強的輻射和穿透能力，目前能夠觀測到來自紅移超過8,也就是宇宙大爆炸后很短時間內產生的γ射線暴，因此可以用γ暴來研究宇宙的恒星形成歷史，宇宙第一代恒星的性質，以及高紅移宇宙的物質分布和星系的性質。此外，有些長γ射線暴的某些觀測特征還可作為測量高紅移宇宙天體距離的"標準燭光",研究高紅移宇宙的膨脹歷史和暗能量的性質。盡管暗能量的發現者被授予了2011年諾貝爾物理學獎，但暗能量的性質仍然很不清楚.
2 高能天體物理學的發展
和其他天文學的分支一樣，高能天體物理學也是觀測驅動的學科，正是Giacconi等人開創的空間X射線天文觀測突破了地球大氣對來自宇宙的X 射線的吸收（如圖 4 所示），建立了這個碩果累累、至今方興未艾的前沿學科2.半個多世紀以來，一大批空間X射線和γ射線天文衛星的觀測大大拓展了人類對于宇宙和宇宙中的天體的認識，目前仍然有約10個空間X射線和γ射線天文衛星在運行之中，比較重要的包括美國的Chandra X射線天文臺、Fermi γ射線天文臺、Swift γ射線暴衛星和RXTE X射線衛星，歐洲的XMM-Newton X射線天文臺、Integral γ射線天文臺，日本的Suzaku X射線衛星和置于國際空間站的 MAXI X 射線儀器。遺憾的是，中國作為空間大國，至今尚未發射一顆空間天文衛星，僅僅在"神舟2號"飛船上進行過初步的γ射線天文觀測試驗。未來幾年國際上仍然將陸續有幾顆空間X射線天文衛星發射運行，包括美國的NuSTAR和GEMS X射線天文衛星、日本的NeXT （Astro-H） X射線天文衛星、印度的ASTROSAT X射線天文衛星、俄羅斯-德國合作的Spectrum-X X射線天文衛星等，預期將掀起高能天體物理研究的新高潮[12].
進入新世紀后，我國發布了《中長期科學和技術發展綱要》，其中優先主題"大尺度物理規律和深層次物質結構"明確了有關的高能天體物理研究內容。為落實該綱要，國防科工委制定《十一五空間科學發展規劃》，計劃在"十一五"期間完成我國自主提出的以黑洞、中子星等致密天體為主要觀測研究對象的"硬X射線調制望遠鏡"（HXMT）天文衛星，以及中法國際合作以γ射線暴為主要觀測研究對象的SVOM天文衛星。但是由于體制、經費等原因，該規劃在"十一五"期間基本上沒有得到實施。
中國天文學會深入調研了中國天文學的發展現狀，提出了包括空間天文在內的各個領域的發展策略[13].中科院在"十一五"期間開展了"空間科學項目發展規劃戰略研究"[14-16],研究報告提出了空間天文領域的未來發展的戰略目標以及3個研究計劃，這些計劃目前正在積極實施或規劃中，預期在幾年后中國的空間天文衛星和其他平臺的天文儀器將提供高能天體物理研究的大批重要數據，使我國科學家在有關前沿領域的研究進入國際前沿甚至引領某些重要的研究方向。
2.1 我國空間天文發展的戰略目標
我國從上世紀80年代開始，就成功地進行過多次球載X射線天文觀測，90年代，研制的空間天文分系統（超軟X射線探測器、硬X射線探測器、γ射線探測器）搭載"神舟2號",成功觀測到數十例宇宙γ射線暴。
上世紀90年代早期提出的"硬X射線調制望遠鏡"[17]經過近10年的預研，已完成關鍵技術攻關和背景型號研究，于2011年正式立項 . 我國空間實驗室POLAR γ射線暴偏振測量儀器和中法合作SVOM γ暴多波段探測衛星的實施將使我國在γ暴探測領域躋身國際前沿。
由此可見，我國的空間高能天文觀測具有很好的基礎，屬于空間天文發展的優勢領域。在HXMT的硬X射線巡天和對一些強源進行定點觀測研究、POLAR 和 SVOM 對γ暴捕捉觀測研究后，需要通過對大批宇宙高能輻射源開展系統和更加高精度的觀測，深入研究恒星、星系、星系團等各種尺度宇宙的演化，宇宙中各種劇烈爆發現象產生的物理過程、極端相對論噴流和高能粒子加速過程，以及黑洞、中子星等極端天體的物理性質和強引力、強磁場中的物理規律。為此，強烈需要后續更先進的、天文臺級別的空間高能天文項目完成這些科學研究，使我國在該空間天文主導領域處于國際先進行列。
該戰略研究提出的目標為"研究宇宙天體的高能過程和黑洞物理，以黑洞等極端天體作為恒星和星系演化的探針，理解宇宙極端物理過程和規律".為實現上述戰略目標，提出了3個科學計劃，分別為"黑洞探針"、"天體號脈"和"天體肖像",每個計劃都將通過一個或多個空間天文儀器觀測等研究得到實施。上述計劃中前兩個計劃已開始實施，預研的部分項目是以高能天體物理的研究對象為主要觀測對象。我國正在建造中的空間站是一個功能強大的大型空間科學實驗平臺，將開展高能天體物理的前沿觀測研究。下面簡要介紹這些科學計劃中有關高能天體物理的項目和主要科學目標。
2.2"黑洞探針"計劃
"黑洞探針"計劃的科學目標是通過觀測宇宙中的各種黑洞等致密天體以及γ射線暴，研究宇宙天體的高能過程和黑洞物理，以黑洞等極端天體作為恒星和星系演化探針，理解宇宙極端物理過程和規律。
"黑洞探針"計劃將回答以下幾個重要的前沿科學問題：（1）黑洞等極端和致密天體的性質是什么？（2）黑洞等極端和致密天體是如何和它們周圍的環境相互作用的？（3）極高密度、極強磁場和極端引力場中的物理規律是什么？（4）大質量恒星是如何演化和最后形成黑洞等致密天體的？（5）超大質量黑洞是如何形成和增長的？（6）超大質量黑洞在星系及宇宙大尺度結構的形成和演化過程中起什么作用？
"黑洞探針"計劃擬實施的項目為："硬X射線調制望遠鏡"（HXMT）.計劃2015年發射運行。如圖5所示，HXMT將在一顆近地軌道中型衛星上攜帶以高能X射線探測器為主和中、低能X射線探測器為輔的若干科學儀器，能區覆蓋1-250 keV,其核心科學目標是：（1）通過寬波段的巡天發現大批新的和新類型的天體、尤其是高度遮擋的黑洞和中子星系統，理解它們的形成環境和演化過程；（2）通過對重要黑洞雙星、中子星雙星等天體的寬波段能譜測量和高精度時變測量，理解黑洞、中子星等致密天體附近的極端動力學、高能粒子加速和高能輻射過程。
中法合作多波段伽瑪暴探測"空間變源監視器"（SVOM）。計劃2015年發射。SVOM將在一顆小衛星平臺上攜帶可見光（中國）、軟X射線望遠鏡（法國）、硬X射線成像儀（法國）、γ射線監視器（中國）等多波段科學儀器，其核心科學目標是：（1）發現和快速定位各種伽瑪射線暴，引領國際伽瑪暴研究；（2）全面測量伽瑪暴的電磁輻射性質，提供伽瑪暴的基本參數，從而理解大質量恒星的演化、伽瑪暴的爆發機制及極端相對論噴流的產生和輸運過程；（3）探測離我們最遠、產生最早的天體，利用伽瑪暴研究宇宙的早期演化、暗物質和暗能量的宏觀性質。
"γ暴偏振探測項目"（POLAR）.計劃2014年發射運行。將在中國空間實驗室天宮二號上面攜帶一個國際上第一個專用的γ射線暴偏振測量儀器，預計將對理解γ暴的爆發和噴流機制發揮決定性的作用，并有可能檢驗有些量子理論模型。
2.3"天體號脈"計劃
"天體號脈"計劃的科學目標就是對天體的各種波段的電磁波和非電磁波輻射進行高測光精度和高定時精度的探測，理解各種天體的內部結構和各種劇烈活動過程。
宇宙中各種天體的電磁波輻射信號隨時間的變化提供了天體內部結構和天體活動的基本信息。恒星、白矮星和中子星的周期性光變對理解它們的性質起了決定性的作用。美國RXTE X射線天文衛星發現了很多中子星和恒星級質量黑洞系統的豐富多彩的快速光變行為，但仍然沒有從根本上理解中子星的內部結構和狀態方程，沒有準確地測量到黑洞的自轉參數的分布，沒有對中子星和黑洞吸積物質和產生相對論噴流的動力學過程給出詳細的描述。由于中子星表面和黑洞視界附近的電磁波輻射主要集中在X射線波段，因此需要實施"天體號脈"計劃，對這些天體的X射線輻射進行高測光精度和高定時精度的探測。
由于天體的X射線測光和定時的探測相對X射線成像和光譜觀測較為容易和成熟，而下一代X射線輻射高測光精度和高定時精度的主要技術要求是大衛星平臺，因此利用我國先進和相對成熟的大衛星平臺率先實施"天體號脈"計劃具有技術和經濟可行性。已啟動預先研究的X射線時變和偏振衛星（XTP）項目，計劃2012年進入背景型號研究，2020年左右上天，使中國在高能天體物理領域達到國際領先。
2.4"宇宙燈塔"計劃
中國空間站空間天文探測計劃--"宇宙燈塔計劃",擬使用中國的空間站作為天文觀測和物理實驗平臺，探索和實驗利用宇宙中遙遠X射線脈沖星的X射線信號作為天然和超穩定的永久時間脈沖信號實現航天器自主定位和導航，捕捉宇宙中各種天體快速變化的信號，研究宇宙中劇烈和極端物理過程，搜尋占宇宙中產生引力的物質中85%的暗物質的湮滅所產生的γ射線或者其他次級粒子，并通過普查巡天和長期監視等手段探測多種天體的各種信號研究宇宙的起源和演化，測量占宇宙組份73%的暗能量的屬性。因此中國空間站不但要使用宇宙中自然燈塔服務于人類，也要探測宇宙中各種攜帶宇宙奧秘的燈塔的信號，同時也是中國科學家放置于太空的一個矚目的燈塔，向中國和全世界的科學家不斷發送她所探測到的攜帶宇宙奧秘和基礎物理規律的大量信號。
目前論證的空間天文實驗和項目中，除了以暗能量和暗物質為主要研究對象的大型設施之外，還有若干具有獨創和先進的科學思想、有望把我國的高能天體物理研究帶上一個新的高峰的項目。例如，"X射線紫外全天監視器"將首次采用極輕重量的聚焦型望遠鏡構成X射線全天監視器，采用衍射/透射光學系統構成紫外全天監視器，預期將發現大批新的天體和天文現象，包括黑洞吞噬恒星這類稀有但是極為重要的事件；"偏振與全天監視儀"將是繼空間實驗室POLAR 實驗之后新型的 X 射線偏振設備，不但可以對γ暴的X射線偏振做出精細的測量，而且也能夠對一批中子星和黑洞的X射線偏振進行測量；"銀河系溫熱氣體光譜繪圖儀"是未來可預見的唯一能夠全面測量銀河系的重要組成部分--溫熱氣體的性質的儀器，對于我們理解銀河系恒星形成歷史和物質循環將起重要作用。
3 策略和措施建議
"空間科學項目發展規劃戰略研究"之"空間天文與太陽物理領域"研究報告中詳細論述了多項對未來中國的空間天文發展的措施建議，在此僅對其部分內容做簡要概述并加以適當補充。
3.1 堅持科學發展觀："創新"和"做大"平衡發展
實驗和觀測有兩種類型：（1）把已有實驗和設備做得更大，獲得更多的知識，這當然是很有價值的，而且實驗的風險也比較??；（2）做全新的實驗，獲得新的觀測和測量，得到新的知識，這更加重要，但是項目的風險比較大，并不總是能夠成功。這兩種類型對于人類認識自然規律都起了十分重要的作用，需要平衡發展。從科學發展歷史上看，前者的作用是循序漸進的，后者起的作用則往往是開拓和突破性的。
我國科學研究的水平和規模與發達國家相比都有明顯的差距，決策水平和經驗也都需要進一步提高，對項目失敗的承受能力也比較弱。而經濟和社會的高速和健康發展又為我國的科學研究提出了很高的要求和提供了快速增長的資源。在這種情況下，需要平衡對兩種類型的項目的支持，通過"做大"在持續取得科學研究成果的同時積累經驗和培養隊伍，通過"創新"取得科學突破，發展新技術，引領前沿。
3.2 加強新型探測技術的研發和支持空間項目概念研究
空間天文的發展離不開先進的空間天文探測技術，包括能在空間環境下對各種波長的電磁波進行探測的探測器以及相關的光學、電子學、制冷、輻射防護等技術。長期以來我國沒有建立系統支持關鍵空間天文探測技術研發的機制，故在空間天文探測方面和國際的差距是巨大和明顯的。形成了一方面在望遠鏡和探測器技術還不成熟的情況下為了追求先進的科學目標必然導致立項的風險大并且立項以后的關鍵技術攻關周期又很長（當然研制周期過長又使得最后的項目失去先進性而錯失科學機遇）、另一方面為了降低風險和縮短關鍵技術攻關周期又只能選擇保守的技術方案而被迫放棄最先進的科學目標的兩難困境。
因此需要加強在各個波段的新型空間天文探測器、新型探測方法和探測原理的研究和前期關鍵技術攻關，全面提升空間天文成像、定時、時變、光譜、偏振等觀測能力。鼓勵提出并優先支持基于中國學者提出和發展的新方法、新原理和新技術的空間天文項目，以及發展目標比較明確的新技術研究。把技術創新性和科學競爭性作為遴選空間天文項目的主要原則。
2009 年 10 月中科院啟動了"空間科學預先研究項目",至今已支持和啟動了兩期的項目，其目標是通過部署空間科學預先研究項目集群，對至2025 年擬開展的空間科學衛星計劃和必需的關鍵技術進行先期預研。這是我國空間天文發展的極為重要的一步，但是目前投入的經費還是偏低。
建議除中科院外，我國其他部門，如中國國家航天局（國防科工局）、科技部、基金委和教育部等部門對包括空間天文在內的空間科學項目的技術發展、關鍵技術和概念研究給予大力支持，共同促進中國空間科學的良性和快速發展。
3.3 發展亞軌道空間科學（天文）實驗和驗證能力
國外的空間天文發展的經驗和教訓都表明，僅僅通過實驗室研發和環模實驗并不能全部和徹底解決所有的關鍵技術和最大限度地降低衛星和其他空間平臺的科學儀器失敗的風險，而基于高空氣球和探空火箭等亞軌道空間科學天文實驗和驗證能力是關鍵。在空間亞軌道進行低成本的技術驗證的同時，有些實驗還能夠取得重大的科學發現，凝練和提升正式的空間天文項目的科學思想，最終形成最佳空間天文項目。比如，南極氣球BOOMERANG 宇宙微波背景輻射觀測實驗提供了宇宙平坦性的最強烈證據，支持了利用超新星發現宇宙暗能量的結果，為后續的空間宇宙微波背景觀測實驗打下了良好的基礎；中國學者參加并做出了重大貢獻的南極氣球ATIC宇宙線觀測實驗發現了可能是暗物質湮滅信號的跡象，推動了各種暗物質探測實驗，也促進了日本放置于空間站的CALET項目和中國的暗物質探測衛星等重要項目的立項。
我國于上世紀70年代末開始發展高空科學氣球，在80-90年代形成了具有國際競爭力的高空科學氣球能力，為我國空間天文技術尤其是高能天體物理實驗技術的發展做出了不可替代的貢獻。但是由于種種原因，該能力目前沒有繼續為空間天文的發展服務，如果不能及時得到扭轉，將成為我國未來空間天文發展的一個制約因素。因此建議提供專項經費支持高空科學氣球系統作為我國未來空間天文發展的一個亞軌道實驗平臺，在可見光、紅外、硬X和γ射線等波段進行天文儀器的實驗和先導天文觀測。建議同時積極發展在南極開展長時間氣球的技術，盡早建立南極氣球飛行基地。探空火箭盡管有效觀測時間較短，但是能夠到達100-300公里的高度，基本上突破了地球大氣對于所有電磁波波段的限制，能夠在紫外和軟X射線波段進行天文儀器的實驗和先導天文觀測，對其發展也應予以重視。
3.4 建立合理的空間科學（天文）經費預算
目前我國對于大型科研設施的經費支持普遍存在重中間、輕兩頭的問題，也就是重視設施的建設，忽略支撐體系、前期的研發、后期的運行和科學研究。其實這個問題國外也是存在的，但在其決策過程中科學家的咨詢意見會對這些問題進行一定的修正。比如，2008年美國NASA行政部門提出的天體物理領域的預算結構，是典型的"重中間、輕兩頭"的預算。但是經過科學家建議修改后的預算結構，整個預算比較平衡，支撐體系和技術研發等項目立項前的投入大大增加，項目的立項放到了較晚的階段，降低了項目本身的建造和運行的費用，對于數據分析和理論以及實驗室天體物理的研究有了較大的增加，值得我國有關部門參考。
3.5 理順空間科學（天文）項目的經費支持渠道
空間科學任務具備系統性、集成性、復雜性和創新性都很強的特點，一項空間科學任務從預研到任務完成往往需要數年甚至數十年的時間，所需經費體量大，因此空間科學研究更需要穩定的支持經費和渠道。
但是目前的狀況是，一方面對空間科學計劃缺少常規穩定的經費支持，另一方面與空間科學計劃相匹配的支持經費遲遲不能到位，重大的研究計劃無法按期開展，造成最佳探測時機的錯失，并導致無法實現預定的科學目標，使得即便科學家提出了先進的科學計劃也無法按時實施的窘迫境地，不僅嚴重挫傷了科學家和研究人員的積極性和工作熱情，更重要的是會進一步拉大我國與世界先進水平的差距，進而影響到相關技術領域的發展以至國家的創新發展戰略，其負面影響是多方面的，應該給予高度重視。
與此同時，目前我國仍存在空間科學計劃財政支持渠道不暢通的情況：主管民用航天的國家航天局對口財政部的國防司，但國防司不管空間科學的財政經費；主要開展空間科學研究的中科院對口財政部教科文司，但教科文司的范圍又不包括空間、航天，造成我國空間科學研究缺少財政投入渠道，嚴重影響了我國空間科學的發展。目前經國家批準、由中科院負責實施的"空間科學先導"項目在一定程度上緩解了上述問題，但是仍然沒有徹底解決空間科學長期的經費支持問題。
此外，空間項目的地面應用系統的經費通常不在項目預算里面，而必須另外向國家發改委申報也是一個嚴重的問題，比如HXMT 和 SVOM 兩個衛星項目的地面應用系統經費還沒有得到落實，極有可能嚴重影響項目的正常研制和科學成果的獲得。如此條塊分割的不利體制和局面在世界范圍內都是罕見的，亟待改革和改進。
因此建議我國成立類似美國航空航天局職責明確的全面負責空間科學發展、規劃和管理的政府主管機構，明確發展模式，理順發展思路，科學規劃、穩步實施，煥發出我國空間科學事業的勃勃生機，使我國承擔起大國的責任，在新的世紀為人類文明的發展和進步做出中國人應有的貢獻。
3.6 建立空間天文國家實驗室
國際上空間天文發達國家都建有高水平的空間天文專業實驗室，例如美國的哥達空間飛行中心（GSFC）和噴氣動力實驗室（JPL）等等對于領導、實施和運行先進的大型空間天文項目都起了不可替代的作用。
我國目前急需成立空間天文國家實驗室，該實驗室整合我國從事空間天文科學研究和儀器研制的主要力量，使之成為我國空間天文的綜合研究中心和平臺，引領我國空間天文的長期發展和高水平人才培養，在國際上具有較高的學術地位和顯示度，能夠展示中國科技水平、綜合國力以及太空和平利用的一個重要窗口，并在深空探測、脈沖星導航、空間天氣預報以及牽引空間高技術發展等方面滿足國家重大戰略需求。
建議在"十二五"期間成立"空間天文國家重點實驗室",經過"十二五"期間的建設，該實驗室的整體水平和規模將得到很大的提升，爭取在"十三五"期間升級成為國家實驗室。
