重磅!2021年度(dù)中國科學十大進展公布
發布時間:2022-03-16 02:49:21瀏覽次數(shù):51
2022年2月28日,科學技術部高(gāo)技術研究發(fā)展中心(基礎研(yán)究管理中心)發布2021年度中國(guó)科學(xué)十大進展:
1、火星探測任務天問一號探測(cè)器成功著陸火星
天問(wèn)一(yī)號探測器
2021年5月15日7時18分,天問(wèn)一號探測器成功著陸於火星烏托邦平原南部預選著陸區,我國首次火星探測任務著陸火(huǒ)星取(qǔ)得成功。任務采用了“氣動減速(sù)-傘降減速-動力減速-著(zhe)陸(lù)緩衝”四級串聯減(jiǎn)速技術路線,建立了設(shè)計迭代改進流(liú)程和多學科綜(zōng)合優(yōu)化方法,提高(gāo)了係(xì)統應對故障工況和進入條(tiáo)件極限拉偏下的安全著陸(lù)能(néng)力。天問一號探(tàn)測器著陸火星,是我(wǒ)國(guó)首次(cì)實現地外行星著陸,邁出了我國星際探測征程的重要一步,實現(xiàn)了從地月係到行星際的跨越,在火星上首次留下中國人的印跡,使我國成為第二個成功(gōng)著陸火星的(de)國家,是我國航天事(shì)業發展的又一具有裏(lǐ)程碑意義的進展。
2、中國空間站天和核心(xīn)艙成功發射,神舟十二號、十三號載人飛船成功發射並與天(tiān)和核心艙成功完成對接
2021年4月29日,中國空間站天和核心艙在海南文昌航天發射場發射升空,準確進入預定軌道,任務取得成功。天和核心艙發射成功,標誌著我(wǒ)國空間(jiān)站(zhàn)建造進入全麵實施階段,為後續任務展開奠定了(le)堅實基礎。6月17日,神舟十二號(hào)載人飛船(chuán)發射成功,並與天和核心艙成功完成對接,順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員送入太空(kōng),這是天和核心艙發射入(rù)軌後,首次與載人飛(fēi)船進行的交會對(duì)接。我國的載(zǎi)人航天飛船脫離試驗階段,開始實現太空往返常態化,我(wǒ)國正式進入太(tài)空站時代。10月16日,神州十三號載人飛船發射成(chéng)功,並采用自主快速交會對接(jiē)模式成功對接於天和核心艙(cāng)徑(jìng)向端口,順利將翟誌剛、王亞平、葉光富3位航天員送(sòng)入太空,實現了我國載人飛船在太空的首次徑向交會對接。
3、從二氧化碳到澱粉的人工合成
人工澱粉合成途徑
澱粉是(shì)糧食最(zuì)主要的組分,也是重要的工業原料。中(zhōng)國科學院天津工業生物技術研究所馬延和等報道了由11步核心反應組(zǔ)成的人工澱粉合成途徑(ASAP),該途(tú)徑偶(ǒu)聯化學催化與生物催化(huà)反應,在實驗室實現了從二氧化碳和氫氣(qì)到澱粉分子的人工全合成。通過從頭設(shè)計二氧化碳到澱粉合成的非自然途徑,采用(yòng)模塊化反應適(shì)配與(yǔ)蛋白質工程手段,解決了計算機途徑熱(rè)力(lì)學匹配、代謝流平衡以及副(fù)產物抑製等(děng)問題,克服了人工途徑組裝與級聯反應進化等難(nán)題。在氫氣驅動下ASAP將二氧化碳轉化為澱(diàn)粉分子的速度(dù)為每分鍾(zhōng)每毫克催化劑22 nmol 碳單(dān)元,比玉米澱粉合成速度高8.5倍;ASAP澱粉合成的理(lǐ)論(lùn)能量轉化效率為(wéi)7%,是玉米等農(nóng)作物的3.5倍,並可實現直(zhí)鏈和支鏈澱粉的可控合成。該成果不依賴植物光合作(zuò)用,實現了二氧化碳到澱粉的人工全合成。
4、嫦娥五號月(yuè)球樣品(pǐn)揭示月(yuè)球演化奧秘
中國科學院地質與地球物理研究(jiū)所李獻華、楊蔚、胡森、林楊(yáng)挺和中國科學院國家天文台李春來等利用過去十多(duō)年來建立的超高(gāo)空間分辨(biàn)率的定(dìng)年和同位(wèi)素分析技(jì)術,對嫦娥五號月球樣品玄武岩進行了精(jīng)確(què)的年代學、岩石(shí)地球(qiú)化學及岩漿水含量的研究(jiū)。結果顯示,嫦娥五號玄武岩形成於 20.30±0.04 億年,確證月球的火山活動可(kě)以持續到 20 億年前,比以往(wǎng)月球樣品限定的火山活(huó)動延(yán)長了約 8億年。這一結果為撞擊坑定年(nián)提供了關鍵錨點,將大幅提高內太(tài)陽係星體(tǐ)表麵(miàn)撞擊坑定年的精度。研究還揭示(shì)嫦娥五號玄武岩的月幔源區並不富含放射性生熱元素和水,排(pái)除了放射性(xìng)元素提供熱源,或富含水降低熔(róng)點兩種月幔熔(róng)融機製,對未來的月球探測和研究提出了新的方向。
5、揭示(shì)SARS-CoV-2逃逸抗病毒藥物(wù)機製
不斷出現的新冠病毒突變株對當前(qián)已有的疫(yì)苗、中(zhōng)和抗體等抗病毒手段提出嚴(yán)峻挑戰,亟需發展(zhǎn)能有效應對各(gè)型突變株的廣譜藥物。在(zài)生命周期中,病毒的(de)一係列轉錄複製酶(méi)組裝成“轉錄複製複合體”超(chāo)分子機器,負責(zé)病毒轉錄複製的全過程,且在各型突變株中高度保守,是開發廣譜抗病毒藥物的核心靶點。清華(huá)大學婁智勇、饒子和(hé)與上海(hǎi)科技大學高(gāo)岩等發現並重構了病毒“加帽(mào)中間態(tài)複合體”、“mRNA加帽複合體”和“錯配校正複合(hé)體”,並闡明其工作(zuò)機製。揭(jiē)示了新冠病毒轉錄複製機器(qì)的完整組成形式(shì);發現病毒聚合酶(méi)的核苷轉移(yí)酶結構域是(shì)催化mRNA“加帽”成熟的關鍵酶,明確了帽結構的合成過程,為發展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點;發現病毒以“反(fǎn)式回溯”的方式對錯配堿基和抗(kàng)病毒藥物進行“剔除”,闡明了瑞德西韋等藥物效果不良的分子機製,為優(yōu)化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了(le)關鍵科學依據(jù)。
6、FAST捕獲世界最大快(kuài)速射電(diàn)暴樣本
快速射電暴(FRB)是無線電波段(duàn)宇宙最明亮的爆發現象(xiàng)。FRB 121102是人類所(suǒ)知的第一個重複快速射電(diàn)暴,中國科學(xué)院國家天文台李菂等使用“中國天眼”FAST成功捕捉到FRB 121102的極端活動期,最劇烈時段達到每小時122次爆發,累計獲(huò)取了1652個高信噪比的爆(bào)發信號,構成(chéng)目前(qián)最大的FRB爆發事件集(jí)合(hé)。研究發現FRB爆發率存在特征能量E0=4.8x1037 erg;探測到其能譜的雙峰結構,即低能端接近正則對數,展現快速(sù)射電暴重複過程的隨機性;高能端接近洛倫(lún)茲(zī)函數,展現強輻射存在可能的相(xiàng)關過(guò)程。FAST樣本排除了FRB 121102爆發在一毫(háo)秒至一小時之間的周期性或準周期性,嚴格限製了(le)重複(fù)快速射電暴由單一致密天體起源的(de)可能性。該研究首次展現了FRB的完整能譜,深入揭示了FRB的基礎物(wù)理機製。
7、實現(xiàn)高性能纖維鋰離子電池規模化製備
如何通過設計新結構(如創建纖維鋰離子電池)滿足電子產品高度集成化和(hé)柔性(xìng)化發展要求(qiú),是鋰(lǐ)離子電池領域麵臨的(de)重大挑戰。複旦大學彭慧勝(shèng)、陳(chén)培寧等發現纖維鋰離(lí)子電池(chí)內(nèi)阻與長(zhǎng)度之(zhī)間獨特的雙曲餘切函數關係,即內阻(zǔ)隨(suí)長度增加並不增大,反而先下降後趨(qū)於穩定。在此理論指(zhǐ)導(dǎo)下構建的纖維鋰離子(zǐ)電池(chí)具有優異且穩定的電化(huà)學性能,能量密度較過去(qù)提升了近2個數量級(jí),彎折10萬次後容量保持率超過80%;建立的世界上首條(tiáo)纖維鋰離子電(diàn)池(chí)生產線,實現了其規(guī)模化連續製備;編織集成得到的纖維鋰離子電池係統,電化學性(xìng)能與商業(yè)鋰離子電(diàn)池相當,而穩定性和安全性更加優(yōu)異。
8、可編程(chéng)二維 62 比特超導處(chù)理器“祖衝之號”的量子行走
量子行走是經典隨機行走的量子力學模擬,是實現量子模擬、量子搜(sōu)索算法乃至通用量子計算的工具(jù)。中國科學技術大學朱曉波、潘建偉等通過研發(fā)兼容平麵工(gōng)藝的三維(wéi)引線技術,實現了量子比特結構從一維向二維的拓展,設計並製作了一個由 62個比特組成的8×8 的二維結(jié)構超導量子比特陣列,構(gòu)建了“祖衝之號(hào)”量子計算原型機,並(bìng)通過該裝置演(yǎn)示高保真的單粒子和雙粒子連續時間量子(zǐ)行走。利用量(liàng)子處理器的高可編(biān)程(chéng)性,實現了量子(zǐ)比(bǐ)特(tè)激發粒子(zǐ)行走路徑的(de)精確調控,在固態量子芯片實現了馬赫-曾德爾幹涉儀。該工作是世界範圍內公開發表的首個比特數超過60的超導量子計算領域的成(chéng)果,驗證了(le)對(duì)含噪聲中等規模(mó)量子比特係統的高精度量子調(diào)控(kòng)能力,為(wéi)研製祖衝之二號、實現(xiàn)“量子計算優越性”奠定了(le)基礎(chǔ)。
9、自(zì)供電軟機器人成功(gōng)挑戰(zhàn)馬(mǎ)裏亞納海溝
軟機器人在馬裏亞納海溝萬(wàn)米深海驅動實驗(yàn)
深海機器人與裝備需要高強度金屬耐壓外殼或(huò)壓力補償係統來保(bǎo)護內部(bù)機電係統。浙江大學李鐵風等(děng)從深海獅子魚“頭部骨骼分散融合在軟組織中”這一生理特性提取仿(fǎng)生靈感,揭示了深海極端壓力條件下軟機器人功能器(qì)件破壞及驅動失效(xiào)的(de)內在機製;提出了(le)硬質器件分散融入軟基體實現內(nèi)應力(lì)調控的方法,以及適應深海低溫、高壓(yā)環境的電驅動人工肌肉融合製造方法;建立了萬米深海軟機器人(rén)的(de)係統構造方法和(hé)驅動理論。所研製的自供電軟機器人成功挑(tiāo)戰馬裏亞納海溝,實現了10900米海底深潛和驅(qū)動,在南海海平麵以下3224米實現深海航行。該研究大(dà)幅降低了深海機器人的重量及經濟成本,推(tuī)動了軟體機器人在深海工(gōng)程領域的應用。
10、揭示鳥類遷徙路(lù)線成因和長距離遷徙關鍵基因
“遷徙生物如何發現(xiàn)其遷徙路線?”一直是社會和(hé)學術界廣泛關注的議題,也是Science雜誌125個最(zuì)具挑戰性科學問題之一。中國科學院動物所詹祥江等曆時12年,利(lì)用衛星追蹤數據和基因組信息,建立了一套北極遊隼遷徙研究係統,發現遊隼主要使用5條路線穿越亞歐大陸,西部遊隼表現為短距離遷徙,東部為長距離(lí)遷徙。在末次冰盛期到全新世的(de)轉(zhuǎn)換過(guò)程中,冰川消退所導致的繁殖和越冬地變遷,可能是遷徙路線形成的主要曆史原因。研究還發現遷徙距離更(gèng)長的遊(yóu)隼攜帶ADCY8優勢等位基因,該基因與長時記憶形成(chéng)有關,表明長時記憶可能是鳥類長距(jù)離遷(qiān)徙的重要基礎。該研究結合遙感(gǎn)衛星追蹤、基(jī)因組學、神經生物學等研究(jiū)手段,通過多學科整合(hé)分(fèn)析方法(fǎ)闡明了鳥類遷(qiān)徙路線(xiàn)變(biàn)遷成因和遺傳基礎。
2021年12月(yuè),科學技術部高技術研究發展中心(基(jī)礎研究管理中心)組(zǔ)織召開了(le)2021年度中國科學十大進展初選會議,組織專家從推(tuī)薦的310項科學進展中遴選出30項進展進入(rù)終(zhōng)選(xuǎn)。終選邀請(qǐng)中國科學院院士、中(zhōng)國工(gōng)程院院士、國家重點實驗室主任、國家重點研發計劃有關重點專項總體專家組成員和項目負責人、原973計(jì)劃顧問組和谘詢組專家、及項目首席科學家等3500餘位知名專家學者對30項候選科學進展進行網(wǎng)上投票,得票數排名前10位的入選“2021年度中國科學(xué)十大進展”。
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