美國國家科學(xué)基金南極考察站的晚餐：建立在南極點(diǎn)的世界唯一的考察站。
美國國家科學(xué)基金南極考察站的機(jī)場(chǎng)。 
飛機(jī)向南極考察站空投補(bǔ)給。 國家科學(xué)基金 National Science
Foundation
宗旨：推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步，促進(jìn)國家的健康，繁榮和幸福，鞏固國防安全
愿景：美國是資金支持科學(xué)和工程的各種新主意的國家，一個(gè)推進(jìn)研究和普及教育達(dá)成領(lǐng)導(dǎo)全球的國家
國家科學(xué)基金是聯(lián)邦國家研究資助機(jī)構(gòu)，與NASA和DARPA類似，都屬于自由創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。國家科學(xué)基金項(xiàng)目與NASA和DARPA是交互或互補(bǔ)的：對(duì)地，對(duì)天，軍用的三個(gè)自由創(chuàng)新組織。
這些“自由創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”的簡(jiǎn)史如下：
1950年：成立國家科學(xué)基金，預(yù)算15.1萬美元。
1958年：成立航空航天局NASA（National Aeronautics and Space
Administration）：開創(chuàng)系統(tǒng)的空間科學(xué)技術(shù)。成立國防先進(jìn)研究工程局DARPA（Defense Advanced Research Projects
Agency）：開發(fā)超前的原創(chuàng)軍事技術(shù)。國家科學(xué)基金預(yù)算增加為4000萬美元。
1960年：國家科學(xué)基金預(yù)算1.52億美元，支持的項(xiàng)目超過2000個(gè)。
1968年：國家科學(xué)基金預(yù)算增至5億美元。
1969年：NASA的阿波羅11號(hào)登月，人類第一次登上月球。
1977年：國家科學(xué)基金獨(dú)立開發(fā)出第一個(gè)Internet，與DARPA的軍用Internet沒有關(guān)系，技術(shù)也不一樣。
1983年：國家科學(xué)基金預(yù)算10億美元，資助項(xiàng)目1.2萬個(gè)。
1984年：國家科學(xué)基金建成電腦科學(xué)網(wǎng)（CSNET），最終成為現(xiàn)在的Internet的主干網(wǎng)（Internet backbone）。
1993年：國家科學(xué)基金預(yù)算超過20億美元，啟動(dòng)《南極計(jì)劃》（Antarctic Program）。
1994年： DARPA的全球定位系統(tǒng)（GPS）投入運(yùn)營，很多子項(xiàng)目是國家科學(xué)基金資助的。DARPA原創(chuàng)的Internet系統(tǒng)向民間全面開放，其中很多子項(xiàng)目是國家科學(xué)基金資助的：1994年互聯(lián)網(wǎng)正式誕生。
2001年：國家科學(xué)基金預(yù)算45.72億美元。
2010年：國家科學(xué)基金預(yù)算68.70億美元。
2012年：國家科學(xué)基金預(yù)算77.68億美元。
國家科學(xué)基金主任，副主任和董事會(huì)24位董事由總統(tǒng)提名，參議院批準(zhǔn)，預(yù)算由美國國會(huì)獨(dú)立批準(zhǔn)。主任和副主任負(fù)責(zé)國家科學(xué)基金的日常工作，董事會(huì)的24位董事每年要召開6次會(huì)議。工作人員1400人，在弗吉尼亞總部集中辦公?；鹕暾?qǐng)和使用的原則是自由?？萍紒碜宰杂?。美國創(chuàng)立和建設(shè)本身也是實(shí)驗(yàn)，也來自追求自由。
美國國家科學(xué)基金每年收到24-28萬份項(xiàng)目申請(qǐng)，審查4-5萬個(gè)項(xiàng)目，批準(zhǔn)資助1萬多個(gè)項(xiàng)目----除了醫(yī)學(xué)以外，任何項(xiàng)目都可以自由申請(qǐng)。申請(qǐng)者可以是個(gè)人，大中學(xué)生，研究開發(fā)和實(shí)驗(yàn)可以在自己家里----國家均予支持。審批申請(qǐng)24萬多“審查者”包括科學(xué)家，工程師，大學(xué)生，研究生，高中生，中學(xué)老師，大學(xué)教授等。
國家科學(xué)基金資助的三個(gè)重點(diǎn)：主意，人才，工具。
不同類型申請(qǐng)報(bào)告要求不一，簡(jiǎn)單得令人難以置信：例如，如果申請(qǐng)的是全新主意（全新概念），則僅僅要求申請(qǐng)人將合計(jì)4-5頁的簡(jiǎn)單申請(qǐng)書和有關(guān)說明發(fā)給國家科學(xué)基金網(wǎng)站，就有可能拿到30萬美元以下的第一次資助----任何“全新主意”原本就是簡(jiǎn)單的，不成熟的構(gòu)思。
互聯(lián)網(wǎng)正是大批全新主意的組合，并非一次又一次成功，而是一次又一次失敗，一次又一次挫折的過程。
 1991年9月的國家科學(xué)基金網(wǎng)流量（NSFNET T1 Backbone and
Regional Networks
Traffic）和結(jié)點(diǎn)示意圖。國家科學(xué)基金1981-1984年建造的的CSNET在1985-1995年期間發(fā)展成為國家科學(xué)基金網(wǎng)，后來美國Internet的主干網(wǎng)。
國家科學(xué)基金的職責(zé)是代表美國政府最大限度發(fā)現(xiàn)和發(fā)揮美國和世界各國的科技資源和智力資源：
“不論這些資源在哪里出現(xiàn)，在什么時(shí)候出現(xiàn)”
美國國家科學(xué)基金組織24萬志愿者審閱和批準(zhǔn)這些申請(qǐng)，包括國外科技人員的申請(qǐng)。這些志愿審批者最后很可能也成為該項(xiàng)目的參與者。
例如，1994年美國國家科學(xué)基金，NASA和DARPA聯(lián)合啟動(dòng)
《數(shù)字圖書館創(chuàng)新計(jì)劃》（Digital Library
Initiative），斯坦福大學(xué)有6個(gè)項(xiàng)目獲得資助，其中2個(gè)研究生的項(xiàng)目最終得以商業(yè)化：Google公司。
現(xiàn)在的Google公司已經(jīng)精英薈萃：世界上使用量最大的搜索引擎。
 國家科學(xué)基金資助研發(fā)的巨型電腦Kraken（Cray XT5）?，F(xiàn)在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室。 
美國利勃海爾（Liebherr）T282自卸式卡車：20缸90升發(fā)動(dòng)機(jī)或18缸78升發(fā)動(dòng)機(jī)，3750馬力，最大有效載荷363噸，前世界上最大最高，拖運(yùn)能力最強(qiáng)的卡車。企業(yè)研發(fā)項(xiàng)目可以申請(qǐng)國家科學(xué)基金資助。
人才：國家競(jìng)爭(zhēng)力，從中學(xué)開始
基金資助的三個(gè)重點(diǎn)是“主意，人才，工具”，人才方面的2011年的一些數(shù)據(jù)如下：
68.74億美元==國家科學(xué)基金的撥款，不包括捐款和特殊項(xiàng)目
1,875==國家科學(xué)基金資助項(xiàng)目的參與的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)數(shù)量
5,600==國家科學(xué)基金進(jìn)入評(píng)審流程的項(xiàng)目數(shù)量
11,200==國家科學(xué)基金批準(zhǔn)資助的項(xiàng)目數(shù)量
262,000==國家科學(xué)基金收到的項(xiàng)目建議書
276,000==國家科學(xué)基金資助項(xiàng)目的直接參與者，包括研究生，大學(xué)生，中學(xué)生和中學(xué)教師
研究開發(fā)成果的商業(yè)化通常由企業(yè)承擔(dān)或者創(chuàng)建新企業(yè)：國家創(chuàng)新體系的一部分。參與美國國家科學(xué)基金研發(fā)活動(dòng)的人員比例，學(xué)生與教師是主體：
2011
2010 2009 2008 2007
資深研究人員 53,000 55,000 54,000 43,000
41,000
其他研究人員
14,000 15,000 15,000 12,000 13,000
博士后 7,000 7,000 8,000
6,000 6,000
研究生 40,000
40,000 40,000 40,000 40,000
大學(xué)生
27,000 34,000 33,000 24,000 23,000
中學(xué)生 86,000
59,000 14,000 13,000 11,000
中學(xué)教師 48,000
85,000 63,000 62,000 61,000
上表可見，中學(xué)生和教師，大學(xué)生和研究生比例占所有科研人員總數(shù)約80%----美國國家科學(xué)基金是世界上唯一的大規(guī)模資助在校大中學(xué)生的國家科研基金。國家科學(xué)基金認(rèn)為：
必須從小訓(xùn)練青少年科研能力，激發(fā)下一代美國人的科研潛力，才能保持美國的世界科技領(lǐng)導(dǎo)地位。
必須擁有熱愛和熟悉科學(xué)技術(shù)的中學(xué)教師群體，才能培養(yǎng)出熱愛科學(xué)的中學(xué)生全體。
也就是說，美國國家科學(xué)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，從中學(xué)開始。
工具：點(diǎn)滴積累與規(guī)模投資并舉
國家科學(xué)基金資助的三個(gè)重點(diǎn)“主意，人才，工具”中，工具泛指科研設(shè)備，申請(qǐng)者只要說明設(shè)備用途和如何對(duì)外服務(wù)就可以了----其他問題由大約24萬個(gè)志愿審批者討論補(bǔ)充。然后這種新設(shè)備研究開發(fā)就啟動(dòng)了：絕非少數(shù)“專家權(quán)威”決定是否上馬一種設(shè)備，資金也并非一次性撥付，而是根據(jù)研發(fā)進(jìn)展逐步撥付。
60年來，美國大學(xué)里200多個(gè)實(shí)驗(yàn)中心和無數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備正是這樣一步一步提議-研發(fā)-制造的。
國家科學(xué)基金認(rèn)為必須投資各種“工具”，形成社會(huì)各個(gè)方面都可以廣泛應(yīng)用的先進(jìn)科學(xué)工程基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境。國家科學(xué)基金的一些重大“工具”投資包括但不限于：
科學(xué)考察船隊(duì) 先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 國家數(shù)字圖書館
天文望遠(yuǎn)鏡
地震聯(lián)合研究所 激光干涉引力波研究中心
關(guān)重科研設(shè)備
關(guān)重科研儀器 國家天文中心
國家大氣研究中心
深海鉆探設(shè)備 先進(jìn)的計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)境
南極科學(xué)考察，運(yùn)營和后勤保障體系
國家科學(xué)基金資助的有些工具項(xiàng)目最后升級(jí)為國家工程。
下面是國家科學(xué)基金、研發(fā)建成的幾個(gè)國家級(jí)“工具”，美國的科學(xué)技術(shù)研究基礎(chǔ)設(shè)施：
 2009年9月，國家科學(xué)基金在南美智利Atacama
desert沙漠建造射電望遠(yuǎn)鏡陣列的情景。這里海拔5104米，極其干燥，氧氣稀薄，適合天文觀測(cè)。
 國家科學(xué)基金資助建造的非常巨大陣列射電望遠(yuǎn)鏡（Very Large
Array），位于美國新墨西哥州的Socorro/這是美國國家射電天文臺(tái)（National Radio Astronomy
Observatory）的分布全世界的10個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列之一。這10個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列排起的基準(zhǔn)線達(dá)到8,611公里。
 非常巨大陣列射電望遠(yuǎn)鏡（Very Large
Array）的結(jié)構(gòu)細(xì)部。這個(gè)陣列包括27個(gè)直徑25米的射電望遠(yuǎn)鏡。
 國家科學(xué)基金資助的可視化：超新星（supernova）內(nèi)核的崩潰。
國家科學(xué)基金資助研發(fā)的巨型電腦Jaguar（Cray XT5）。現(xiàn)在國家計(jì)算科學(xué)中心（National Center for Computational Science）。例如生物醫(yī)學(xué)已經(jīng)成為大規(guī)模計(jì)算科學(xué)之一，因?yàn)樯锸堑厍蛏献顝?fù)雜的“機(jī)器”。
計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)能力已經(jīng)不僅是科研必需基礎(chǔ)設(shè)施，也是國家管理和經(jīng)濟(jì)管理的必需基礎(chǔ)設(shè)施。
例如，美國國稅局（IRS，Internal Revenue
Service）原來使用人工輸入卡片系統(tǒng)，每年誤差幾十億美元，后來改為電腦管理美國個(gè)人-企業(yè)-機(jī)構(gòu)的財(cái)務(wù)信息和稅務(wù)信息，4000多臺(tái)（套）大型電腦系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)-計(jì)算-管理-備份等設(shè)施占地面積超過4平方公里。美國財(cái)政部的預(yù)算的90%以上用于國稅局的這套體系。
沒有足夠的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)能力，國家就會(huì)陷入不可治理狀態(tài)。
國家科學(xué)基金的組織結(jié)構(gòu)
國家科學(xué)基金下屬7個(gè)理事會(huì)：
1. 生物科學(xué)=Biological Sciences
2. 電腦和信息科學(xué)技術(shù)=Computer and Information
Science and Engineering
3. 工程=Engineering
4. 地理科學(xué)=Geosciences
5. 數(shù)學(xué)和物理=Mathematical and Physical
6. 社會(huì)，行為和經(jīng)濟(jì)科學(xué)=Social, Behavioral and
Economic Sciences
7. 教育和人類資源=Education and Human
Resources
國家科學(xué)基金還有四個(gè)專項(xiàng)辦公室：
信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施辦公室=Office of
Cyberinfrastructure
極地計(jì)劃辦公室=Office of Polar Programs
集成行動(dòng)辦公室=Office of Integrative
Activities（多學(xué)科交叉?？缧袠I(yè)聯(lián)合研發(fā)的協(xié)調(diào)和集成）
國際科學(xué)和工程辦公室=Office of International Science
and Engineering（跨國合作，國際協(xié)作） 美國最長期的計(jì)劃：極地計(jì)劃
南極洲的面積1400萬平方公里，屬于全人類的共同財(cái)產(chǎn)，也是至今人類了解最少的一塊大陸：最冷，最高，最干，風(fēng)暴最大的大陸。極地計(jì)劃辦公室（Office
of Polar Programs）負(fù)責(zé)《南極計(jì)劃》（Antarctic Programs）。
1955年開始，這項(xiàng)與美國軍方聯(lián)合實(shí)施至今，人類探索南極的唯一長期計(jì)劃：建造多處設(shè)施，包括在南極的極點(diǎn)建立的唯一的人類永久居住考察站阿蒙森·史考特南極站（Amundsen-Scott South Pole Station）。
南極地區(qū)每年的考察活動(dòng)稱為“深凍行動(dòng)”（Operation Deep
Freeze），只要參加過兩次6個(gè)月以上常駐的人員，美國軍方一律授予勛章進(jìn)行表彰。
南極冰上公路（紅線）長約1450公里：從麥克莫多考察站（McMurdo Station）到南極的極點(diǎn)位置的阿蒙森·史考特南極站Amundsen-Scott South Pole
Station）。
美國國家科學(xué)基金建造的后勤基地，麥克莫多考察站（McMurdo Station）。
南極麥克莫多考察站（McMurdo Station）是世界南極考察站之一和中轉(zhuǎn)站：其他考察站的后勤基地。
2006年的Operation Deep Freeze行動(dòng)中，俄羅斯破冰船《Krasin》在前，美國集裝箱船《American
Tern》在后，向后勤中轉(zhuǎn)站麥克莫多考察站（McMurdo Station）運(yùn)輸物資。
Operation Deep
Freeze是1955年開始，美國領(lǐng)導(dǎo)的每年一次南極考察行動(dòng)，由于3-10月期間飛機(jī)無法安全起降，必須船運(yùn)然后轉(zhuǎn)運(yùn)到南極極點(diǎn)的阿蒙森·史考特南極站等地。
美國的南極考察站向各國開放：人類設(shè)在南極極點(diǎn)的唯一的長期有人居住的考察站，第一次擁有窗戶的南極建筑，建造在36個(gè)巨型立柱上，以防止被雪掩埋。
世界唯一的設(shè)在南極極點(diǎn)的阿蒙森·史考特南極考察站（Amundsen-Scott South Pole Station）。
這是2008年1月，國家科學(xué)基金建造的第三個(gè)南極考察站。前兩個(gè)南極站都被積雪掩埋了。100年前人類第一次在南極留下了建筑物：1911年12月14日瑞典人Roald
Amundsen在這里留下一個(gè)簡(jiǎn)陋的錐形小帳篷。
阿蒙森·史考特南極站的蔬菜種植。
阿蒙森·史考特南極站的晚餐。這張照片，在本博文的封面已經(jīng)貼過一次。
這是阿蒙森·史考特南極站“世界最大建筑”：作為對(duì)比，右下角是324米的埃菲爾鐵塔。
這個(gè)建筑的高度（地下深度）是2,820米，名稱叫做冰立方（（Ice Cube）。
冰立方中微子觀測(cè)站是一個(gè)巨大地下陣列：86根管道分布在地下1,450-2,820米之間的空間里，每個(gè)管道里安置60個(gè)大型光電感應(yīng)器，合計(jì)5,160個(gè)感應(yīng)器。這些感應(yīng)器占地體積超過一立方公里，用于搜集宇宙中飛來的各種“沒有質(zhì)量”的中微子和其他各種電子輻射，探索宇宙的秘密。
2010年10月18日，冰立方（Ice Cube Neutrino Observatory）中微子觀測(cè)站建成。
這是人類科學(xué)史上的里程碑：1970年代的夢(mèng)想，2004年開始施工建設(shè)，2010年完成。
冰立方中微子觀測(cè)站的地面試驗(yàn)站，很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)都在這里進(jìn)行。
阿蒙森·史考特南極站正在鉆探更深的深孔：穿過冰層，達(dá)到地下深層，揭示出幾十億年來的地球和氣候變遷的秘密。國家科學(xué)基金計(jì)劃2012年以后陸續(xù)發(fā)布這次南極地下深層鉆探的大量科研成果。
國家科學(xué)基金《2012-2016年規(guī)劃》仍然沒有具體目標(biāo)，只有學(xué)術(shù)自由的根本原則，普及教育的必要性和未來的愿景。
國家科學(xué)基金的箴言：發(fā)現(xiàn)，從這里開始。
近年來，國家科學(xué)基金支持項(xiàng)目向“能源革命”傾斜，美國《能源戰(zhàn)略》里，有北美土著的一句古老格言：
善待地球。它不是你父母給你的，它是你的孩子們借給你的。 Treat the earth well. It was not given to you by your parents, but is loaned to you by your children。 |
|
|
