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重磅！2021年（nián）度中國（guó）科學十大進展公布

發布（bù）時間：2022-03-16 02:49:21瀏覽次數（shù）：51

2022年2月28日，科學技術（shù）部高技術研究發（fā）展中心(基礎研究管理中心)發布2021年度中國科學十大進展：

1、火星探測（cè）任務天問一號探測器成功著陸火星

天問（wèn）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（tuō）邦平原南部預選著陸區，我國首次火（huǒ）星探測任務著陸火星取得成功。任務采（cǎi）用了“氣動減速-傘（sǎn）降減速-動（dòng）力減速-著陸緩衝”四級串聯減速技（jì）術路線，建立了設計迭代改進流程和多學科綜合優化方法（fǎ），提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。天問一號探測器著（zhe）陸火星，是我國首次實現（xiàn）地外行（háng）星著陸，邁出了我國星際探測征（zhēng）程的（de）重要一步，實現（xiàn）了從地月係到行星際的跨（kuà）越，在（zài）火星上首次留下中（zhōng）國人的印（yìn）跡，使我國成為第二個成功著陸火星的國家，是（shì）我國航天事業發展的又一（yī）具有裏（lǐ）程碑意（yì）義的進展。

2、中國空間站天和核心艙成功發射，神舟十二號、十三號載人飛船成功發射並與（yǔ）天（tiān）和核心艙（cāng）成功完成對接

2021年4月29日，中國（guó）空間站天和核心艙在海南文昌航（háng）天發射場發射升空，準確進入（rù）預定軌（guǐ）道，任務取得成（chéng）功。天和核心艙發射成功，標誌著我國空間站建造進入全麵（miàn）實施階段，為後續任務展開奠定了（le）堅實基（jī）礎。6月17日，神舟十二號載人飛船發射（shè）成功，並與天和核心艙成功完成（chéng）對接，順利將（jiāng）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（fā）射入軌後（hòu），首次與（yǔ）載（zǎi）人飛船進行的交會對接。我國的載人航天飛船脫（tuō）離試驗階段，開（kāi）始實現太空往返常態化，我國正式進入（rù）太空站時代。10月16日，神州十三號載人飛船發射成功，並采用自主快速交會對接模（mó）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（yè）光（guāng）富3位航天員送入太空，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（fěn）的人工合成（chéng）

人工澱粉合成途徑

澱粉是糧（liáng）食最主要（yào）的（de）組分，也是（shì）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和等報道（dào）了由11步核心反應組成的人工澱粉合成途徑（ASAP），該途徑（jìng）偶聯化學催化與生物催化反應，在實驗室實（shí）現了從二氧化碳和氫氣到澱粉分子的人工全合成。通過從（cóng）頭（tóu）設（shè）計二氧化碳到澱（diàn）粉合成的（de）非自然途徑，采用模（mó）塊化反應適配與蛋白質工程手段，解決了計算（suàn）機途徑熱力學匹配、代謝（xiè）流平衡以及副產物抑製等問題，克服（fú）了人工途（tú）徑組裝與級聯反應進化等難題（tí）。在氫氣驅動下ASAP將二氧化碳轉化為澱粉分子的速度為每分鍾每毫克催化劑22 nmol 碳單元，比玉米澱粉（fěn）合成速（sù）度高8.5倍；ASAP澱粉（fěn）合成的理論能量轉化（huà）效率為7%，是玉米等農作物的3.5倍，並可（kě）實現直鏈和支鏈澱粉的可控合成。該成（chéng）果不依（yī）賴植物光合作用，實現了二氧（yǎng）化碳到澱（diàn）粉的人工（gōng）全合成。

4、嫦娥五號月球樣品揭示月球演化奧秘

嫦娥五號月壤樣（yàng）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（lín）楊挺和中國科學院國家天文（wén）台李（lǐ）春來等利用過（guò）去十多年來建立的超高（gāo）空間分辨率的（de）定（dìng）年和同位素分（fèn）析技術，對嫦娥五號月球樣品玄武岩進行了精確的年代學、岩石地球化學及岩漿水含量的研究。結（jié）果顯（xiǎn）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以持續到 20 億年前，比以往（wǎng）月球樣品限（xiàn）定的火山活動延長（zhǎng）了約 8億年。這（zhè）一結果為撞擊（jī）坑定年提（tí）供了關鍵錨（máo）點，將大幅提高內太陽係星體表麵撞擊坑定年的精度。研究還揭示嫦娥五（wǔ）號玄武岩的月幔源區（qū）並不富含放（fàng）射性生熱元素和水，排除了（le）放射性元素提供熱源，或富含水降（jiàng）低熔點兩種月幔熔融機製（zhì），對未（wèi）來的月球探測和研究提出了新的方向。

5、揭示SARS-CoV-2逃逸抗病毒（dú）藥物（wù）機製

新冠病毒“反（fǎn）式（shì）回溯”的複（fù）製矯正機製

不斷（duàn）出現的（de）新冠病毒突變株對當前已有的疫苗、中和抗體等（děng）抗（kàng）病毒（dú）手（shǒu）段提出嚴峻挑戰，亟需發展能有效應對各型突變株的廣譜藥（yào）物。在生命周期中（zhōng），病毒的一係列轉錄複製酶組裝成“轉錄複製複合體”超分子機器，負（fù）責病毒轉錄複製的（de）全過程，且在各（gè）型突變株中高度保守，是開發廣譜抗病毒藥物的核心靶（bǎ）點。清華大學（xué）婁智勇、饒子和與上海（hǎi）科技大學高岩等（děng）發現並重構了病毒“加帽中間（jiān）態複合體（tǐ）”、“mRNA加帽複（fù）合體”和“錯配校正複合（hé）體”，並闡明（míng）其工作機製。揭示（shì）了新冠病毒轉錄（lù）複製機器的完整組成形（xíng）式；發現病毒（dú）聚合酶的核苷轉移酶（méi）結（jié）構域是催化mRNA“加帽”成熟的關鍵（jiàn）酶，明確了帽結構（gòu）的合成過程（chéng），為發展新型、安全的廣譜抗（kàng）病毒藥物提供了全新靶點；發現病毒以“反式回溯”的方式對錯配堿基和抗病毒藥物進行“剔除”，闡明了瑞德西韋（wéi）等藥物效果不良的分子機製，為優化針對聚合酶的（de）抗病毒藥物提供了關鍵科學依據。

6、FAST捕獲世界最大快（kuài）速（sù）射電暴樣本

FAST捕獲快速射電暴樣品示意圖

快速射電暴（FRB）是無線電波段宇宙最明亮（liàng）的爆發現（xiàn）象。FRB 121102是人類（lèi）所知的第一個重複快速射電暴，中國科學（xué）院國（guó）家天文台李菂等使用“中國天眼”FAST成功捕（bǔ）捉到FRB 121102的極端活動期（qī），最劇烈時段達到每小時（shí）122次爆發，累計獲取了（le）1652個高信噪比的爆發信號，構成目（mù）前最（zuì）大的FRB爆發事件集（jí）合。研究發現FRB爆發（fā）率存在特征能量E0=4.8x1037 erg；探測到其能譜的（de）雙峰結構（gòu），即低能端（duān）接（jiē）近正則對（duì）數，展現快速射電暴重複過程的隨（suí）機性；高能端接近洛倫茲函數，展（zhǎn）現（xiàn）強（qiáng）輻（fú）射存在可能（néng）的相關過程。FAST樣（yàng）本（běn）排（pái）除了（le）FRB 121102爆（bào）發在一毫秒至一（yī）小時之間的周期性或準周期性，嚴格限製（zhì）了重複（fù）快速射電暴由單一致密天體起源的可（kě）能性。該研（yán）究首次（cì）展現了FRB的完整能譜，深入揭示了FRB的（de）基礎物理機製。

7、實現（xiàn）高性能纖維鋰離子電池規模化（huà）製備

纖維聚合物鋰離子電（diàn）池（chí）的集成組裝示意圖

如何通過設計新結構（gòu）（如創（chuàng）建纖維鋰離子電池）滿足電子產（chǎn）品高度集成化和柔性化發展要求，是鋰離子電池領域麵臨的重大挑戰。複旦（dàn）大學彭慧勝、陳培寧等（děng）發現纖維鋰（lǐ）離（lí）子電池（chí）內阻與長度之間獨特的雙（shuāng）曲餘切函數關係，即內阻隨長度增加並不增大（dà），反而先下（xià）降後趨於穩定。在此理論指導下構建的纖維鋰離（lí）子（zǐ）電池（chí）具有優異且穩定的電化學性能，能量密度較過去提升了近2個數量級，彎折（shé）10萬次後容量保持率（lǜ）超過（guò）80%；建（jiàn）立的世界上首（shǒu）條纖（xiān）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（chí）係統，電化學性能與商（shāng）業鋰離（lí）子電池（chí）相當，而穩定性和安全性更加優異（yì）。

8、可編程二維 62 比特超導處理器“祖衝（chōng）之號”的量子行走

量子行走是經典隨機行走（zǒu）的量子力學模擬，是實現（xiàn）量子模（mó）擬、量子搜索算法乃至（zhì）通用量子計（jì）算的工具。中國科學技術大（dà）學朱曉波、潘建偉（wěi）等通過研發兼（jiān）容平麵工藝的三（sān）維（wéi）引線技術，實現了量子比特結構從一維向（xiàng）二維的拓展，設計並製作了一個由 62個比特組成的8×8 的二維結構（gòu）超導量子比特陣列，構建了“祖衝之號”量子（zǐ）計算原（yuán）型機，並通過該（gāi）裝置演示高（gāo）保真的單粒子和（hé）雙粒子連續時間量子行走。利用量子（zǐ）處理器的高可編程性，實現（xiàn）了量子比特激發粒子行（háng）走路徑的精確調控，在固態量子芯片實現（xiàn）了馬（mǎ）赫-曾德爾幹涉儀。該工作是世界範圍內公（gōng）開發表的首個比特數超過60的超導量子計算領域的成果，驗證了對含（hán）噪聲中等規模量子比（bǐ）特係（xì）統的高精度量子調控能力，為（wéi）研製祖衝之二號、實現“量子計算優越性”奠定了基礎。

9、自供電（diàn）軟機（jī）器人成功挑戰馬裏亞納（nà）海溝

軟機器人在馬裏亞納海（hǎi）溝萬米深海（hǎi）驅動實驗

深海機器人與裝備需（xū）要高（gāo）強度金屬耐壓外殼或壓力（lì）補償係統來保護內部機電係統。浙江大學李鐵風等從深海（hǎi）獅子（zǐ）魚“頭（tóu）部骨骼分散融合在軟組織中”這一生理特性提取仿生靈感，揭示了深海極端壓力條件下軟機器人功能器件破壞及驅動失效的（de）內在機製（zhì）；提出了硬質器件分散（sàn）融入軟（ruǎn）基體實現內應力調控（kòng）的方法，以（yǐ）及適應深（shēn）海低溫、高壓環境的電驅動人（rén）工（gōng）肌肉融合製造方法；建立了萬米深海軟機器人的係統構（gòu）造方法和驅動理論。所研製的自（zì）供電軟機器人成功挑戰馬裏亞納海溝，實現了10900米（mǐ）海底深潛和（hé）驅動，在（zài）南海海平麵以下（xià）3224米（mǐ）實現深海航行。該研究大幅降低了（le）深海機器人的重量（liàng）及經濟成本，推動了軟體機器人在深海工程領域的（de）應用。

10、揭示鳥類遷徙路線成因和長距離（lí）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因

“遷徙生物如何發現其遷徙路線？”一直是社會和學術界（jiè）廣泛關注的議題（tí），也是Science雜誌（zhì）125個最具（jù）挑戰性科學問題之一（yī）。中國科學院動物所詹祥江等曆時12年，利用衛星追蹤數據和基因組信息，建立了一（yī）套北極遊隼（sǔn）遷徙研（yán）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（jù）離遷徙，東部為長距離遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉換過程中，冰川消退（tuì）所導致的繁殖和越冬（dōng）地變遷，可能是遷徙路線（xiàn）形成的主要曆史原因（yīn）。研究還發現遷徙距離更長的遊隼攜帶ADCY8優勢等位（wèi）基因，該基因與（yǔ）長時記憶形（xíng）成有關，表明長時記憶可能（néng）是鳥類長距離遷徙的重要（yào）基礎。該研究結合遙感衛星追（zhuī）蹤、基因組學、神經生（shēng）物學等研究手段，通過多（duō）學科（kē）整合分析方法闡明了鳥類遷徙路線變遷成因和遺傳（chuán）基礎。

2021年（nián）12月，科學技術部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心)組織召開了2021年度中國科學十大（dà）進展初選會議，組織專家從推薦的310項科學進（jìn）展中遴（lín）選出30項進展進入終選。終選邀請中（zhōng）國科學院（yuàn）院士（shì）、中國工程院院（yuàn）士、國家重點實驗室主任、國家重點研（yán）發計劃有關重點專項總體專家組成（chéng）員和項（xiàng）目負責人、原973計（jì）劃顧問組和谘詢（xún）組專家、及項（xiàng）目首席科學家等3500餘位知名專家學者對30項候選科學進（jìn）展進行網上投票，得票數排名前10位的入選“2021年度中國科學十大進展（zhǎn）”。

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