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新聞動態(tài)

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:51
2022年(nián)2月28日,科學技術部高技術研究發展中心(xīn)(基礎研究管理中心)發布2021年度中國科(kē)學十大進展:
 
1、火星探測任務天問一號探(tàn)測器成功著陸(lù)火星

天問一號探測器

2021年5月15日7時18分,天問一號探測器成功著陸於火星烏托邦平原南(nán)部預選著陸區,我國首次火星探測任務著陸火星取得成(chéng)功。任務采用了“氣動減(jiǎn)速-傘降減(jiǎn)速-動力(lì)減速-著陸緩衝”四級串聯減速技術路線,建立了設計迭代改進流(liú)程和(hé)多學科綜合優(yōu)化方法,提(tí)高了係統應對故障工況和進入(rù)條件極限拉偏下的安全著陸能力。天問一號探(tàn)測器著陸火星,是我國首次實現地外行星著陸,邁出了(le)我國星(xīng)際探測征程的重要一步,實現了從地月係到行星際的跨越,在火星上首次留下中國(guó)人的印跡,使我國成(chéng)為第二個成功著陸火星的國家,是我國航天事業發展的又一具有裏程碑意義(yì)的進展。

 

2、中(zhōng)國空間站天和核(hé)心艙成功發射,神舟十二號、十三號載人飛船成功發射並(bìng)與(yǔ)天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(shè)場發射升空,準確進入預定軌道(dào),任務取得成功。天和核心艙發射成功,標誌著我國空間(jiān)站建造進入全(quán)麵實施(shī)階段,為(wéi)後續任務展開奠定了堅實基礎。6月17日,神舟十二號載人飛船發射成功,並與天和核心艙成功完成對接,順利將聶海勝、劉伯明(míng)、湯洪波3位航天員送入太空,這是天和核心艙(cāng)發射入(rù)軌後,首次與載人飛船進行的交會對接。我國的載人航天(tiān)飛船脫離試驗階(jiē)段,開始實現太(tài)空往返常態化,我國正式進入太空站時代。10月(yuè)16日,神州十三號載人飛船發(fā)射(shè)成功,並采用自(zì)主快速交會對接模式成功對接於天和核心艙徑向端口,順利將翟誌剛、王亞平、葉光富3位航天員送入(rù)太空,實現了我國載人(rén)飛(fēi)船在太(tài)空的首次徑(jìng)向交會對接。
 

3、從二氧化碳到澱粉的(de)人工(gōng)合成

人工澱粉合成途徑

澱粉是糧食最主要的組分,也是重要的工業原料。中國科學院天津工業生物技術研究所馬延(yán)和等報道了(le)由11步核心反應組成的人工(gōng)澱(diàn)粉合成途徑(ASAP),該途徑偶聯化學催化與生(shēng)物催化反應,在實驗室實現了從二氧化碳和氫氣到澱粉分子的人工全合成。通過從頭設計二氧化碳到澱粉合成的非自(zì)然途徑,采用(yòng)模塊化反應(yīng)適配(pèi)與蛋白質工程手段,解決了計算機途徑熱力學匹配、代謝流平衡以及(jí)副產物(wù)抑製等問題,克服了人工途徑組裝與級聯反應進化等難題。在氫氣驅動下ASAP將二氧化碳轉化為澱粉分子的(de)速度為每分鍾每毫克催化劑(jì)22 nmol 碳單元,比玉米澱粉合成速度(dù)高8.5倍;ASAP澱粉合(hé)成的理論能量轉化效率為7%,是玉米等農作物的3.5倍,並可實現直鏈和支鏈澱粉的可控合成。該成果不依賴植物光合(hé)作用,實現了二氧化碳到澱粉的(de)人工全(quán)合成(chéng)。

 

4、嫦娥五號月球(qiú)樣(yàng)品(pǐn)揭示月球演化(huà)奧秘

嫦娥五號月壤樣品(玄武岩岩屑(xiè))的顯微圖像
 
中國科學院地質與地球物理研究所李獻華、楊蔚、胡森、林楊挺和中國科(kē)學院(yuàn)國家天文台李春來(lái)等利用過去十多年來建立的超高空間分辨率的定年和(hé)同(tóng)位素分析(xī)技術,對嫦娥五號月球樣品玄武岩進(jìn)行(háng)了精確的年代學、岩石地球化學及岩漿水含量的研究。結果(guǒ)顯示(shì),嫦娥五號玄武岩(yán)形成於 20.30±0.04 億年,確證(zhèng)月球的(de)火山活動可以持續到 20 億年前,比以往月球樣品(pǐn)限定的火山活動延長了約 8億年。這一結果(guǒ)為撞(zhuàng)擊坑定(dìng)年提供了關鍵錨點,將大幅提高內太陽係(xì)星體表麵撞擊坑定(dìng)年的精度。研究還揭示嫦娥五號玄武岩的月幔源(yuán)區(qū)並不富含放射性生(shēng)熱(rè)元素和水,排除了放射性元素提供熱源,或富含水降低熔點兩(liǎng)種月幔熔融機製,對未(wèi)來的月球(qiú)探測和研究提出了新的方向。
 

5、揭示SARS-CoV-2逃逸抗病毒藥物機(jī)製

新冠病毒“反式回溯”的複製矯正機製
 
不斷出現的新冠病(bìng)毒突變株對(duì)當前已有的疫苗、中和(hé)抗體等抗病毒手段提出嚴峻挑戰,亟需發展能有(yǒu)效應對各型突變株的廣譜藥物。在生命周(zhōu)期中,病(bìng)毒的(de)一係列轉(zhuǎn)錄複(fù)製酶組裝成“轉錄複(fù)製複(fù)合體”超分子機器,負責病毒(dú)轉(zhuǎn)錄複製的全(quán)過程,且在各型突(tū)變株中高度保守,是(shì)開發(fā)廣譜(pǔ)抗病(bìng)毒藥物的核心靶點。清華大學婁智勇、饒子和與(yǔ)上海科(kē)技大學高岩等發現並重構了病毒“加帽中間態複(fù)合體”、“mRNA加帽(mào)複合體”和“錯配校正複(fù)合體”,並闡明其工作機製。揭示了新冠病毒轉錄複製機器的完整組成形式;發現病毒聚合酶的核苷轉移酶結構域是催化mRNA“加(jiā)帽”成熟(shú)的關鍵酶,明確了帽結構的合成過程(chéng),為發展新型、安(ān)全的廣譜抗病毒藥物提供了全(quán)新靶點;發現病毒以“反式回溯”的方式對錯配堿基和(hé)抗病毒藥物(wù)進行“剔除”,闡明了瑞德西韋等藥物效果不良的(de)分子機製,為優化(huà)針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關鍵科學依據。
 

6、FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本

FAST捕獲快速射電暴樣品示(shì)意圖
 
快(kuài)速射電暴(FRB)是無線電波段宇宙最明(míng)亮的爆發現象。FRB 121102是人類所知的第一個重複快速射電暴,中國科學院國家天文台李菂等使用“中國天眼”FAST成功捕捉(zhuō)到FRB 121102的極端活動期,最劇烈時段達到(dào)每小時122次爆發,累計獲取了1652個高(gāo)信噪比的爆發信號,構成目前最大的FRB爆發事件集合。研究發現FRB爆發率存在特征能量(liàng)E0=4.8x1037 erg;探測到其能譜的雙峰結構,即低能(néng)端接近正則對數,展現快速射電暴重複(fù)過(guò)程的隨機性;高能端接近洛倫茲函數,展現強輻射(shè)存(cún)在(zài)可能的相關過(guò)程(chéng)。FAST樣本排除了FRB 121102爆發在一毫秒至(zhì)一小時之間的周期性或準周期性,嚴格限製了重複快速射電暴由單一致(zhì)密天體起(qǐ)源的可能性。該研究首次展(zhǎn)現了FRB的完整能譜(pǔ),深入揭示了FRB的(de)基礎物理機製。
 

7、實現高性能纖(xiān)維鋰離子電池規模化製備

纖維(wéi)聚合物(wù)鋰離子(zǐ)電池的集成組(zǔ)裝示意圖
 
如何(hé)通(tōng)過設計新結構(如創建纖維(wéi)鋰離子電池(chí))滿足電子產品高度集成化和柔性化發展要求,是鋰離子電池領域(yù)麵臨(lín)的重大挑戰(zhàn)。複旦大學彭慧勝、陳培寧等發現纖(xiān)維鋰(lǐ)離子電池內阻與長度之間獨特的雙曲餘切函數關係,即內阻隨長度(dù)增加並不增大,反而先下降後趨於穩定。在此理論指導(dǎo)下構(gòu)建的纖維鋰離子電池具(jù)有(yǒu)優異且穩定的電(diàn)化學性能,能量密度較過去提(tí)升了近2個數量級,彎折10萬(wàn)次後容量保持(chí)率超過80%;建立的世(shì)界上首條纖維鋰離子(zǐ)電池生產線,實現了其規模化連續製備(bèi);編織集成得到的纖維鋰離子電池係統,電化學性能與(yǔ)商業鋰離(lí)子電池相當,而穩定性和安全性更加優(yōu)異。
 
 

8、可編程二維 62 比特超導處理器(qì)“祖衝之號”的量子行走

量子行走是(shì)經典隨機行走的量(liàng)子力學模擬,是實現量子模擬、量子(zǐ)搜索算(suàn)法(fǎ)乃至通用量子計算的工具。中國科學技術大學朱曉波、潘建偉等通過研發兼容平麵工藝的三維引線技術,實現了量子比特結構從(cóng)一維向二維的拓展,設計(jì)並製作了一個由 62個比特組成的(de)8×8 的二維結構超導量子比特陣列,構建了“祖衝之號”量子計算原型機,並通過該裝置演(yǎn)示(shì)高保真的單粒子和雙粒子連續時間量子行走。利用量子處(chù)理器的高可編程性,實現了量子比特激發粒子行走路徑的精確(què)調(diào)控,在固態量子芯(xīn)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(biǎo)的首(shǒu)個比特數超過60的超導量子計算領域(yù)的成果,驗(yàn)證了對(duì)含噪聲中等規模(mó)量子比特(tè)係統的(de)高精度量子調控能力,為(wéi)研製祖衝之二號、實現“量子計(jì)算優越性”奠定了基礎。

 

9、自供電軟機器人(rén)成功挑戰馬(mǎ)裏亞納海溝

軟機器人在馬裏亞納海溝萬(wàn)米深(shēn)海驅動實驗(yàn)
 
深(shēn)海機器人與裝備需要(yào)高強(qiáng)度金屬(shǔ)耐(nài)壓外殼或壓(yā)力補償係統來保護內部機電係統(tǒng)。浙江大學李鐵風等從深海(hǎi)獅子魚“頭部骨骼分(fèn)散融合在軟組織中”這一生理特性提取仿生靈感,揭示了深(shēn)海極端壓力條件(jiàn)下軟機器人功能器件破壞及驅動失效的內在機製;提出了硬質(zhì)器件分(fèn)散融入軟基體(tǐ)實現內應力調控的方法,以及適應深海低溫、高壓環(huán)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(qì)人的係統構(gòu)造方法和驅動理論。所研(yán)製的自供電軟機(jī)器人成功挑戰馬裏亞納海溝,實現了10900米(mǐ)海底深潛和驅動,在南海海(hǎi)平麵以下3224米實現深海航行。該研究大幅降低了深海機器(qì)人的重量及經濟成本,推動(dòng)了軟體機器人在(zài)深(shēn)海工(gōng)程領域的應用。
 
 

10、揭示鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路(lù)線成因和長距離遷徙關鍵基因

北極遊隼遷徙路線成因與長距離遷徙關鍵基(jī)因

“遷(qiān)徙生物如何發現其遷徙路線?”一直是社會和學術(shù)界廣泛關注的議題,也是Science雜誌125個最具挑戰性科學(xué)問題(tí)之一。中國科學院動物所詹祥江(jiāng)等曆時12年,利用衛星追蹤數據(jù)和基因組信息,建立了一套北極遊隼遷(qiān)徙研究係統,發(fā)現遊隼(sǔn)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(zhǎng)距離遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉換過程(chéng)中,冰川消退所導致的繁殖和越冬地變遷,可(kě)能是遷徙(xǐ)路(lù)線(xiàn)形成的主要曆史(shǐ)原因(yīn)。研究還發(fā)現遷徙距離更長的遊隼攜帶ADCY8優勢等位基因,該基因與長時(shí)記憶形成有關,表明長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎。該研究結合遙感衛星追蹤、基因組學、神經生物學(xué)等研究手段,通過(guò)多學科整合分析方法闡明(míng)了鳥類遷徙路線變遷成因(yīn)和(hé)遺傳基礎。
 
 
2021年12月(yuè),科學技術部(bù)高技術研究(jiū)發展中心(基礎(chǔ)研究管理中心)組織(zhī)召開了2021年度中國科學十大進展(zhǎn)初選會議,組織專家從推薦的310項科學進展中遴(lín)選出30項進展進入終選。終選邀請(qǐng)中國科學院院士、中國工程院院士、國家重點(diǎn)實驗(yàn)室主任、國家重點研發(fā)計劃有關(guān)重點專項總體專家組成員和項目負責人、原973計劃顧問組和谘詢組(zǔ)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(kē)學進展進行網上投票,得票(piào)數排名前10位的入(rù)選“2021年度中國(guó)科學十大進展”。

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