0 引 言
在深空探测活动中，科学数据包括地外天体遥感、就位探测与感知、空间观测活动中所获得的科学与应用信息[1]；地外样品则包括从天体表面或内部采集并带回地球的物质样本，如月球、火星的岩石、土壤样本，这些样品是直接研究其他天体物质组成与特性的最直接地质证据[2]。科学数据与地外样品是深空探测活动的核心成果，具有无可替代的研究价值。由于科学数据和地外样品较少涉及国家安全与商业利益，其共享已成为深空探测任务的重要组成部分。当前，我国通过探月工程已圆满完成“绕、落、回”三步走目标，初步建立起系统科学的月球样品与科学数据管理制度；涵盖火星、小行星等天体的行星探测工程也在快速推进中。本文重点关注科学数据与地外样品共享所涉及的关键技术、国际规则，以及主要航天国家以科学研究为目的的科学数据与地外样品共享政策与实践。需要说明的是，本文聚焦于以科学研究为目的的科学数据与地外样品共享，不涉及以信息透明和建立信任为目的的规则和实践，也不探讨空间资源相关的法律问题。
1 科学数据系统共享现状
1.1 支撑技术
科学数据的集成、管理与共享需要元数据的支持。元数据记录数据资源的产生、建立、结构与维护等信息[3]。有效的元数据管理能够消除不同数据间的语义独立与异构性[2]，推动科学数据的有效共享、交换和整合。在深空探测工程任务中，多样化的科学仪器与载荷生成了大量的数据资源，通过建立元数据标准、进行元数据质量控制、促进多源数据的集成共享是世界主要航天国家进行元数据管理的主要途径。中国、美国与欧洲等国家和地区通过制定本国的元数据标准对科学数据进行规范描述，进而提高不同任务科学数据的可发现性、可理解性和可重用性。美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）制定的行星数据系统标准（Planetary Data System-4，PDS-4）是国际广泛采用的行星科学数据管理标准，采用可扩展标记语言进行元数据描述[4]，实现了对影像、光谱数据、实验测量数据等多种数据产品的规范定义与存储，方便跨任务的综合研究。欧空局（European Space Agency，ESA）、日本、印度、韩国、阿拉伯联合酋长国等国家和航天机构均采用NASA的PDS-4标准，该标准为不同科学学科的数据提供了统一的语义与结构，使来自不同仪器、不同任务的科学数据能够在语义上实现互操作[4]。我国的“嫦娥”系列卫星数据产品也按此标准进行处理和公开[5]，方便与国际科学界进行数据接轨与共享。
在系统建设方面，分布式数据库是指数据在物理上分散而在逻辑上集中管理的数据库系统[6]。深空探测领域的科学数据量级大、类型多样、涉及领域广、精度要求高。为方便高效获取科学数据，开展多学科融合交叉研究，欧美等发达国家和地区均通过所属航天机构建设了官方的科学数据发布与共享系统，利用分布式互操作技术集成了科学数据的分类存储、访问检索、共享分发功能。以NASA当前的行星数据系统（Planetary Data System，PDS）为例，通过分布式的服务架构并通过联邦基础设施跟踪与管理数据存储，美国各地的全部学科节点和国际合作伙伴既能够独立地进行数据存储、处理与管理，也能够基于互联网实现数据的共享和互操作。基于分布式的数据存储，用户可以在数据平台中进行统一的搜索与查询，而无须了解科学数据的具体存储节点，从而提升了数据在全球范围内的可发现性和使用效率[7]。
1.2 国外主要航天国家和地区实践
1.2.1 苏联
苏联在科学数据的管理方面并未形成现代意义上明确且系统的政策。出于国家安全等因素的考虑，在斯大林当政时期，几乎所有涉及航天领域的科学数据均被严格保密。20世纪60年代，随着联合国外空委的成立及国际科学合作的大背景，部分苏联的科学数据开始在特定范围内共享。例如，在空间科学领域，1962年苏联与美国签署双边协定，共享气象卫星以及地球磁场数据。1971年，苏联科学院与NASA签署双边协议，宣布交换“阿波罗”计划与“月球”计划所获得的月球样品，以推动苏联水文气象局与美国国家海洋和大气管理局、NASA建立数据共享机制[8]。20世纪80年代中期，戈尔巴乔夫上台后推行“开放政策”，在此政策影响下，苏联对科学数据的限制有所放宽，更多科研成果和数据开始在国内和国际上公开。但由于苏联在1991年解体，这一开放进程未能得到持续和深入的发展。
1.2.2 美国
数据开放是美国政府自20世纪80年代起实施的一项长期国家战略，也是其推动科技发展、提升创新能力的重要举措之一。在航天领域，NASA通过网站向全球公开开放其科学与项目数据。尽管该网站收录了数以万计的NASA数据集，但其操作界面简单友好，便于用户查找和使用数据。
NASA的数据产品与数据标准严格遵循“FAIRUST”（Findable, Accessible, Interoperable, Reusable, Understandable, Secure, and Trustworthy）原则，即确保所有数据可查、易得、互操作、可重复使用、易懂、安全且可信[9]。在深空探测领域，NASA自主开发的PDS系统收录了其行星任务、飞行任务和地面实验中产生的各类数据。公众可通过分类标签免费访问、使用并下载数据。常规数据从获取到发布的平均时间间隔为3至5个月[10]。NASA的PDS系统已成为国际科学界的重要资源。该系统不仅收录美国“阿波罗”计划历次任务获取的月球地质构造信息、磁场、重力场等物理特性数据，还囊括了美国在水星、木星、火星等探测任务中取得的科学数据。此外，与“阿尔忒弥斯”计划相关的任务数据通过PDS系统存档，并陆续向公众公开。截至2025年3月，PDS已公开了“商业月球载荷服务”计划下“游隼”月球着陆器上搭载的6个科学仪器收集的原始数据集，包括系统指令执行情况、与深空网络的联络记录等，供全球用户下载使用。
1.2.3 欧洲
欧盟于2014年首次提出“开放科学”这一概念。2019年，欧盟正式批准了《欧洲议会和理事会关于开放数据和公共部门信息再利用的第2019/1024号指令》，全面推行“完全与开放”的科学数据共享政策[11]。在航天领域，ESA贯彻“开放与可获取”的数据政策[11]，以公开和非歧视的方式向公众开放对地观测及深空探测数据，并设置了专门的网页栏目供公众访问。ESA通过行星科学档案（Planetary Science Archive，PSA）公开相关科学数据。该系统是ESA开展太阳系探索与返回任务的所有科学和工程数据的中央储存库，包括“火星生物”2016（ExoMars）、“乔托”（Giotto）、“惠更斯”（Huygens）、“火星快车”（Mars Express）、“罗塞塔”（Rosetta）、“智慧”1（Smart-1）、“贝皮科伦坡”（BepiColombo）和“金星快车”（Venus Express）等共10个任务、76个仪器的任务数据。所有数据均沿用NASA的PDS标准。
在科学数据的分类上，ESA将数据分为“公开”与“未公开（受限）”两个类别。其中，绝大部分数据为公开数据集。受限数据一般为不适合通过互联网传输的大型数据集，或是来自地球资源卫星或环境卫星任务的（A）SAR 0级数据[12]。如需访问受限数据集，用户通过审查，ESA才会向其分发数据。
数据产品与分析软件是实现深空探测任务成果国际共享的重要工具。ESA的PSA作为欧洲深空探测科学与工程数据的主要公开系统，提供了丰富的数据资源。ESA参与的国际合作任务，如与NASA合作的太阳轨道飞行器、彗星的“罗塞塔”计划，以及与日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）合作的BepiColombo，均在对应任务页面中设有数据下载链接，向全球用户提供科学仪器上获取的图像与数据信息。
1.2.4 日本
日本的数据公开进程较欧美起步较晚，但发展迅速。在航天领域，JAXA同样施行了数据开放政策[14]。隶属于JAXA的日本宇宙科学研究所（Institute of Space and Astronautical Science，ISAS）负责建立并管理空间科学数据库。数据档案和传输系统（Data Archives and Transmission Systems，DARTS）是JAXA的多学科空间科学数据档案，收录了由日本卫星获取的天文学、太阳物理学、日地物理学以及月球和行星科学数据。DARTS存档了自1980年以来日本发射的几乎所有卫星的遥测数据、轨道数据、研究成果等信息，同时也收录了JAXA与NASA和ESA等机构合作开展的历次任务数据、图像与研究成果，包括X射线成像和光谱任务、JUICE木星冰卫星探测任务、“赫拉”双小行星系统任务。
JAXA的科学数据共享政策与欧美类似，包括数据分类、公布范围、格式、专有期和保护期等规定。除可能造成公共安全、隐私损害、需要额外校准，或处于团队或个人保护期的数据外，ISAS将绝大部分数据设置为公开。对于卫星、探测器和火箭等收集的观测数据，名义上的专有期为数据获取后一年[14]。
2 地外样品管理现状
2.1 支撑技术
地外样品管理的核心技术难题是防止样品在解封、转运、处理环节被地球大气中的水和氧气污染，以维持其物理与化学特性。这不仅保护了样品的科研价值[15]，还满足了国际空间研究委员会关于防止地外样品反向污染地球生态环境的行星保护要求[16]。为保存月球与深空探测中取回的月球与小行星样品，NASA和中国科学院国家天文台均建设了相应的地面应用设施，进行地外样品的存储、制备与测试分析。一般情况下，地外样品在地面设施中需经历初步处理（包括样品解封与分样）、样品存储和样品制备三个阶段[15，17]。超净真空条件，结合高纯氮气环境，能够最大限度地隔绝生物屏障[15，18]。使用干燥氮气创造高真空环境是中美两国在地外样品处理的共同选择。美国“阿波罗”11、12号任务就开始使用早期的实验室真空系统，到“阿波罗”14、15、16号任务时，改为在充满干燥氮气流的手套箱中完成月球样品的切割、分离与制备，最终发放给科研人员[18]。我国探月工程三期的月球样品进入中国科学院国家天文台的月球样品实验室后，首先在高真空的解封工作舱中完成对样品封装装置的解封，再将样品转移至高纯氮气环境中进行分样、存储与制备[17]。制备环节中的分样称重、注胶固化、打磨抛光等步骤，也均在高纯氮气环境[17]中实施。
地外样品重量有限，极其珍贵，因此在存储环境方面，需要使用检漏率小于5×10−11 Pa·m3/s的极低漏率密封装置保存[15]，并通过严格的污染防护措施降低氮气中的水与氧气含量，以保持其原有性状。美国约翰逊航天中心（Johnson Space Center，JSC）的月球样品实验室曾为每个月球样品的存储装置配备环境气体自动检测设备，保证每百万摩尔氮气中氧气浓度不大于20 mol、水分不大于50 mol[18]。依据美国月球样品的环境存储指标，氮气中的水、氧含量在0.03‰以内不会影响月球样品的原始性状[18]，“阿波罗”任务时期所获月球样品已在上述气体环境中安全存储了数十年。2020年12月，我国的月球样品实验室建成并投入使用，部分指标已达国际领先水平。其中，氮气环境中水和氧的含量能够维持在0.005‰以下[17]。整个月球样品实验室环境等级为1 000级（ISO6）的超净实验室，配备环境监控系统实时监测气体质量、温度、湿度与成分比例等[15]，以确保我国探月工程三期所获月球样品在处理与存储环节不受到污染，为长期科学研究提供了基础保障。
2.2 国外主要航天国家和地区实践
2.2.1 苏联
2.2.2 美国
2.2.2.1 月球样品
美国尚未向国际社会公开详细的月球样品管理办法。1969年至1972年间，通过6次“阿波罗”任务带回的380余千克月球岩石、岩心、月尘及月壤样本，目前保存在位于美国得克萨斯州休斯敦的JSC月球样品实验室中。该实验室负责对月球样品进行编目管理、样品存储、样品申请审查及研究成果发布等具体工作[21]。
在美国最新的重返月球计划中，《阿尔忒弥斯约定》中并未涉及月球样品共享的原则与具体内容。依据美国在月球样品与小行星样品共享方面的经验，未来通过“阿尔忒弥斯”计划采集的月球样品，或将通过补充协议进行分配，或延续现有的地外样品管理机制，由NASA的JSC进行管理。
2.2.2.2 小行星样品
2023年9月，NASA的“起源-光谱-资源-安全-风化层”探测器（OSIRIS-REx）携带约120 g的“贝努”（Bennu）小行星样品返回地球，将样品交由JSC进行处理。2024年4月，NASA发布了向全球开放的“贝努”样品申请目录。作为为OSIRIS-REx提供激光测高仪的国际合作伙伴，加拿大航天局将获得部分“贝努”样品；而JAXA则依据与NASA签订的双边备忘录，于2024年8月与NASA完成了“隼鸟”2与Bennu样品的互换[24]。
2.2.3 欧洲
欧洲目前尚未设立专门的地外天体样品储存与管理机构。2015年，欧盟委员会“地平线2020”研究计划，资助了一个为期三年的地外返回天体物质管理项目。该项目旨在规划和建设一个用于存储和管理来自月球、小行星及火星等地外天体样品的欧洲样品管理设施。2017年11月，欧盟发布了关于欧洲样品管理设施路线图，明确指出在欧洲本土组建该设施的必要性，并详细规划了接收、存储和管理的三大职能[25]。随后，相关工作重点转向征集政治、财政、学术与公众等方面的支持。
2.2.4 日本
JAXA的地外样品管理中心（Extraterrestrial Sample Curation Center，ESCuC）负责管理“隼鸟”、“隼鸟”2带回的小行星“糸川”（Itokawa）和“龙宫”（Ryugu）的样本，以及NASA移交的通过OSIRIS-Rex任务采集的Bennu小行星样品。自2022年6月起，ESCuC每年发布国际机会公告，供国际科学界进行样品申请。与NASA的评审机制类似，JAXA组织跨学科、跨国籍的航天机构专家和高校教授，组成天体材料科学研究小组，逐个对申请进行评审。通过评审的研究团队将获得为期一年的样品使用期限[26]。在ESCuC公布的申请信息中，过往成功获得样品的申请者来自美国、法国、日本、英国、西班牙、土耳其、瑞士、丹麦等多个国家的航天科研机构及高校。
3 国际组织相关管理政策与法律法规
在《外空条约》的基础上，《月球协定》对深空探测科学数据与样品共享的时机等做了更进一步的规定，并提倡缔约国考虑将样品提供给其他有兴趣的缔约国和国际科学界用作科学研究[28]。需要注意的是，《月球协定》仅有17个缔约国，包括我国在内的主要航天国家均未加入，其规定适用范围有限。1996年12月联合国大会通过的第51/122号决议《关于开展探索和利用外层空间的国际合作，促进所有国家的福利和利益，并特别要考虑到发展中国家的需要的宣言》第一条规定，开展外空国际合作应特别考虑发展中国家的需要[29]。此外，2021年成立的隶属于联合国外空委法律小组委员会的“空间资源活动法律问题工作组”涉及深空探测科学数据与样品共享。工作组主席于2025年3月起草并分发给各国代表的《空间资源活动建议原则初稿》第七条涉及信息与数据共享，要求各国最大限度地共享空间资源活动的结果信息及相关的科学与技术数据。2024年成立的隶属于联合国外空委的可持续月球活动协商行动组，未来也有可能讨论深空探测科学数据与样品共享规则，部分国家已在提交的立场文件中提出了相关建议。
作为联合国外空委秘书处的联合国外空司，也在推动深空探测科学数据与样品共享实践。2016年，意大利航天局与联合国外空司合作发起了“开放宇宙倡议”，呼吁提升空间科学数据的开放性[30]，随后与阿根廷、亚美尼亚共和国、巴西、中国、德国、英国等国开展了数据共享与数据基础设施建设活动。联合国外空司还积极争取有能力国家的支持，向发展中国家分享数据。例如，2019年4月，中国国家航天局与联合国签署了《关于就中国月球与深空探测任务开展合作的协议》，将科学数据与样品共享作为双方主要合作内容之一。
综上所述，无论是政府间平台、非政府平台，还是国际性项目，均在推动深空探测科学数据与样品的共享。目前，深空探测科学数据与样品共享的国际规则原则性较强，具体规则尚不明确。但随着月球、行星、小行星等深空探测活动越来越频繁，联合国及非政府平台的规则磋商与制定活动愈发活跃，相关规则正在快速形成中。
4 中国的实践情况和对比分析
4.1 科学数据共享
随着我国探月工程“绕、落、回”的有序开展，为有效管理工程所取得的科学数据，促进科学成果国际共享，我国主管部门国家航天局陆续发布2016年《月球与深空探测工程科学数据管理办法》和2023年《月球样品及科学数据国际合作管理细则》，共同构成我国对深空探测科学数据管理的制度依据。
《月球与深空探测工程科学数据管理办法》明确了科学数据的定义，并确立了归口管理、分级负责的管理模式。国家国防科技工业局作为科学数据的归口管理部门，委托国家航天局探月与航天工程中心（以下简称“探月中心”）负责科学数据的具体管理[1]。中国科学院国家天文台作为探月中心的业务支撑单位，在首批数据处理期满12个月后，明确可公开的科学数据种类，用户可注册登录数据信息平台下载使用[1]。如需使用受限数据集，用户需提交《月球与深空探测工程科学数据申请表》，经技术评议后方可获得下载链接[1]。我国探月工程所获得的科学数据与成果，均通过中国科学院国家天文台承建运营的月球与行星数据发布系统公开发布，为国际科学界提供研究机会。
与其他主要航天国家相比，尽管我国在深空探测科学数据共享发布方面起步较晚，但已迅速建立起一套较为完整的管理规章制度，并建设了规范可用的数据共享发布系统。然而，在数据使用的便捷程度和国际合作机制方面尚存以下2点不足：
（2）共享互通方面，我国尚未建立数据国际共享机制。美国、欧洲、日本等国家和地区在其自身的数据系统中展示合作伙伴的科学数据及研究成果，通过数据互通共享，带动了国际合作伙伴的空间探测和科学研究能力。而我国的月球与行星数据发布系统中尚未收录合作伙伴的任务数据集，国际合作局限于交付国际载荷数据，重点航天工程的国际影响力有待进一步提升。
4.2 地外样品管理
2020年，我国探月工程嫦娥五号任务圆满成功，首次实现我国月球采样返回。2021年，国家航天局对外发布《月球样品管理办法》。该办法指出，月球样品的管理和使用遵循中国缔结和参加的相关国际公约，并鼓励开展基于月球样品的国际联合研究工作，促进成果国际共享[37]。2023年，国家航天局发布《月球样品及科学数据国际合作管理细则》，公布了月球样品及科学数据的申请流程和开展国际合作的具体信息。国家航天局探月与航天工程中心受国家航天局委托，负责组织开展月球样品的联合研究、信息交流、展览展示以及科学数据分发工作。中国科学院国家天文台作为月球样品的主存储机构，受国家航天局委托开展月球样品的分发和返还工作[38]。各机构在申请使用月球样品时，需经国家航天局组织的专家评议，评议通过后双方签署《月球样品借用协议》，研究样品借用期原则上不超过一年。
我国“嫦娥”五号和“嫦娥”六号采集的月球粉末样品、岩屑颗粒、光片样品的编号、特征信息、照片及可申请质量，均在月球与行星数据发布系统公开发布。申请者可依据研究需要申请原样、消耗性或破坏性使用，借用期限原则上为一年。自2021年7月国家航天局启动首批月球样品发放工作以来，我国已向国际社会完成了八轮“嫦娥”五号月球样品的申请与发放工作，每批次的发放时间、样品量等信息见表1 [39]。2024年12月发布的第八批月球样品公告中，首次包含了“嫦娥”六号的月球样品。国家航天局的官方网站上可查询历次获批月球样品的科研机构及申请人名单，覆盖中国科学院、中国原子能科学研究院等国家科研机构，以及北京大学、清华大学、中国地质大学、香港理工大学、澳门科技大学等高校。
表 1 我国月球科研样品发放信息统计Table 1 Distribution of lunar research samples in China |
| 发放批次 | 日期 | 样品发放量/g | 通过申请数量 |
| 第一批 | 2021年7月 | 17.476 4 | 31 |
| 第二批 | 2021年10月 | 17.939 0 | 51 |
| 第三批 | 2021年12月 | 9.445 3 | 33 |
| 第四批 | 2022年4月 | 8.768 0 | 37 |
| 第五批 | 2022年8月 | 11.478 4 | 46 |
| 第六批 | 2023年5月 | 12.328 8 | 60 |
| 第七批 | 2024年4月 | 8.293 5 | 32 |
| 第八批 | 2024年12月 | 8.550 4 | 45 |
我国与美国、欧洲、日本等世界主要航天国家与地区均为地外样品规划或建设了专门的存储与管理体系，并建立了面向国际科学界的定期样品申请与评议机制。通过借用协议，设置了样品的使用期限。通常情况下，研究样品的借用期限为1年，而美国的使用期限为5年。
在以月球样品为代表的共享机制方面，中美两国在申请流程和评审制度上存在较多共性。但我国月球样品的管理制度发展迅速，呈现出较高的规范化和透明度。相比之下，尽管美国在长期实践中形成了成熟的地外样品管理团队，但在公开透明的国际共享细则方面仍显不足。
5 未来发展展望与建议
深空探测活动愈发频繁，将不断丰富科学数据与样品共享的国家实践。科学数据与样品共享已经成为各国深空探测活动国际合作的重要内容之一。在此背景下，各国特别是主要航天国家持续加快技术进步，逐步完善相关政策与规则，以更好地规范有关实践。在技术层面，通过区块链的分布式账本技术，加强科学数据的不可篡改性和可追溯性；利用人工智能和机器学习算法，实现对科学数据的自动分析、挖掘与预测，有望提升科学数据的安全性与使用效率。从政策导向看，各国愈发重视国际合作，更多国家或将制定开放性政策，鼓励更多国际伙伴积极参与地外样品共享与联合研究。
在国际规则方面，20世纪生效的国际规则已难以应对新时期的深空探测需求。联合国框架下的《外空条约》明确了“为所有国家谋福利和利益”原则，但在具体实施方面较为模糊。《月球协定》虽然提供了月球的开发与利用活动的具体规则，但缔约国有限，未形成广泛国际共识。其他平台制定的月球治理框架虽肯定了信息公开与成果共享的原则，但或聚焦于当前各方关注的空间资源开发与利用利益分享问题，或聚焦于所涉安全问题，具体到深空探测科学数据与样品共享的规定仍较为模糊，距形成切实可行的国际规则尚有距离。随着国家实践和非政府平台规则逐渐完善，相关事宜必会纳入联合国平台的议事日程。当前，我国发起的国际月球科研站计划与美国发起的“阿尔忒弥斯”计划均将月球作为人类在深空中实现长期可持续存在的第一站，并已汇集众多国际合作伙伴，有望通过重大国际合作项目推动形成新的实践和国际规则，形成示范性效应。
为了做好我国有关工作，建议基于月球、小天体、行星探测的工程实际及管理要求，结合深空探测领域国际合作不断深化的背景，进一步提升科学数据与地外样品共享的便捷性与广泛性。一是在技术方面融入区块链、人工智能与机器学习算法，加快建设智能化的分布式数据分析系统，提升数据使用效率；二是在流程方面缩短科学数据公开的专有保护期，简化申请准备材料；三是在制度保障方面，逐步完善深空探测科学数据共享、行星保护、地外天体样品管理等政策法规，以重大航天工程为依托，建立联合研究与科学成果发布的国际合作机制，带动国际合作伙伴的空间探测和科学研究能力，为有关国际规则发展贡献中国智慧，为在外空领域推动构建人类命运共同体贡献力量。