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重磅（páng）！2021年度中國科學十大進展公布

發布時間：2022-03-16 02:49:21瀏覽次（cì）數：51

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

1、火星探測任務天問一號探測器成功著陸火星

天（tiān）問（wèn）一號探（tàn）測器

2021年5月15日7時18分，天（tiān）問一號探測器成功（gōng）著陸於火星烏托邦平原南部預選著陸區，我（wǒ）國首次火星探測任務著陸（lù）火星取得成功。任務采用了“氣動減速-傘降減速-動力減速-著陸（lù）緩衝（chōng）”四級串聯減速技術路線，建立（lì）了設計迭代改進（jìn）流程和多學科綜合優化方法，提（tí）高了係統應對故障工況和進入（rù）條件（jiàn）極限拉偏下（xià）的安全著陸能力。天問一號探測器著陸（lù）火星，是我國首次實現（xiàn）地外行星著陸，邁出了我國星際探測征程（chéng）的重要一步，實現了從（cóng）地（dì）月係到行星際的跨越，在火星（xīng）上（shàng）首次留下中國人的印跡，使我國成為第二（èr）個成功著陸火星的國家，是我國航天事業發展的又一具（jù）有裏程碑意（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（chéng）功發射並與天和核心艙成功完成對接

2021年（nián）4月29日（rì），中國空間站天和核（hé）心艙在海南文（wén）昌航天發射場發射升空，準（zhǔn）確進入預定軌道，任務（wù）取得成功。天和核心艙發射成功，標誌著我國空間站（zhàn）建造進入全麵實（shí）施階（jiē）段，為後續任務展開奠定了堅實基礎（chǔ）。6月17日，神舟（zhōu）十二號載（zǎi）人飛船發射成功，並與天和核（hé）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（tài）空，這是天（tiān）和核心艙發射（shè）入軌後，首次與載人飛船進行的交會對接（jiē）。我國（guó）的載人航天飛船脫離試驗階（jiē）段，開始實現太（tài）空往返常態化，我國正式進入太（tài）空站時代。10月16日，神州十三號（hào）載人飛船發（fā）射成功，並采用自主快速交會對接模式成（chéng）功對接於天和（hé）核（hé）心艙徑向端口，順利將翟（zhái）誌剛、王（wáng）亞（yà）平、葉（yè）光富（fù）3位航天員送入太空，實（shí）現了我國載人飛船在太空的首次徑向交（jiāo）會對接。

3、從二氧（yǎng）化碳到澱粉的（de）人（rén）工合成

人（rén）工澱粉合成途徑

澱粉是糧食最主要（yào）的組分，也（yě）是重要的工業原料。中國科學院天津（jīn）工業生物技術研（yán）究所馬延和等（děng）報道了由11步核心反應組成的人工澱粉合成途徑（ASAP），該途徑偶聯化學催化與生物催化（huà）反應，在實驗室（shì）實現了（le）從二氧化碳和氫氣到澱（diàn）粉分子的人工全合成。通過從頭（tóu）設計二氧化碳到（dào）澱粉合成的非自然途徑，采（cǎi）用模塊化反應適配與蛋白質（zhì）工程手段，解決了計算機（jī）途徑熱力學匹配、代謝（xiè）流平衡以及（jí）副產物抑製等問題，克服了人工途徑（jìng）組（zǔ）裝與（yǔ）級聯反應進化等（děng）難題。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（yù）米澱粉（fěn）合成速度高（gāo）8.5倍；ASAP澱粉合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（kòng）合成。該成果不依賴植物光合作用，實現了二氧（yǎng）化碳到（dào）澱粉的（de）人工全合成。

4、嫦娥五號月球樣品揭示（shì）月球演（yǎn）化奧（ào）秘

嫦娥五號（hào）月壤樣品（玄武岩岩（yán）屑）的顯微圖像

中國科學院地質（zhì）與地球物理研究（jiū）所李獻華、楊（yáng）蔚、胡森、林楊挺和（hé）中國科學院國家天（tiān）文台李春來等利用過去十多年來建立的超高空間分辨率的定年和（hé）同位素分析技術，對嫦娥五號（hào）月球樣品玄武岩（yán）進行了精確的年代學、岩石地球化學及岩漿水含量的研究。結果顯示，嫦娥五號玄武（wǔ）岩形成於 20.30±0.04 億年，確證月球的火山活動可（kě）以持續（xù）到 20 億年前，比（bǐ）以往月球樣品限定的火山活動延長了約 8億年。這一（yī）結果為撞擊坑定年提供了關鍵（jiàn）錨點，將大（dà）幅提高內太陽係星體表麵撞擊坑定年的精度。研究還揭示（shì）嫦（cháng）娥五號玄武岩的月（yuè）幔源區並不富含放射性生熱元素和水，排除了放射性元素提供熱源，或富含水降低熔點兩種月幔熔融機（jī）製，對未來的月球探測和研究提出了新的方（fāng）向（xiàng）。

5、揭示SARS-CoV-2逃逸抗病毒藥物機製

新冠病毒“反式回溯”的複製矯正機製

不斷（duàn）出現（xiàn）的新冠病毒突變株對當前已有的疫苗、中和（hé）抗體等抗病毒手段提出嚴峻挑戰（zhàn），亟需發（fā）展能有效（xiào）應對各型突變株的廣譜藥物。在（zài）生命周（zhōu）期中，病毒的一係列轉錄複製酶組裝（zhuāng）成“轉錄複製複合體”超分子機器（qì），負（fù）責病毒轉錄複製的全過程，且在各型突變株中（zhōng）高度保守，是開發廣譜抗病毒藥物的核心靶點。清華大學婁智勇、饒子和（hé）與上海科技大學高岩等發現並重構了病毒“加帽中間態複（fù）合體”、“mRNA加帽複合體”和“錯配校正複合體”，並闡明其工作（zuò）機製。揭示了新冠病毒（dú）轉（zhuǎn）錄複製機器的（de）完整組成形式；發（fā）現病毒聚合酶的核苷轉移酶結構域是催化（huà）mRNA“加（jiā）帽”成熟的關鍵酶，明確（què）了帽結構的合成過程，為發展新（xīn）型、安全（quán）的廣譜抗病毒藥（yào）物提供了全新靶點；發現病毒以“反式回溯”的方式對錯（cuò）配堿基和（hé）抗病毒藥物進行“剔除”，闡明了瑞德西（xī）韋等藥物效果不良的（de）分子機製，為優化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關鍵科（kē）學依據。

6、FAST捕獲世界最大快速（sù）射電暴樣本

FAST捕獲快速射電暴（bào）樣品示意圖

快（kuài）速射電暴（FRB）是無線電波段宇宙最明亮的爆發現象（xiàng）。FRB 121102是人類所（suǒ）知的第一個重（chóng）複（fù）快速射電暴，中（zhōng）國科學院國家（jiā）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（dòng）期，最劇（jù）烈時段達到每小時（shí）122次爆發，累計獲（huò）取了1652個高信噪比的（de）爆發（fā）信號，構成目前最大的FRB爆（bào）發事件集合。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（jié）構，即低能端接（jiē）近正則對（duì）數，展現（xiàn）快速射電暴重複過程的隨機性；高能端接近洛倫茲函數，展現（xiàn）強輻射存在可能的相關過程。FAST樣本排除了（le）FRB 121102爆發（fā）在一毫秒至一小時之間的（de）周期性或準周期性，嚴格限製（zhì）了重複快速射電暴由單一致密天體起源的可能性。該研究（jiū）首次展現了FRB的完整能譜，深入揭示了FRB的基礎物理機製（zhì）。

7、實現（xiàn）高性能纖維鋰離子電池規模化製備

纖維聚合物鋰離子電池的集成組裝示意圖

如（rú）何通過設計新結構（如創建（jiàn）纖維鋰離子電池）滿足電子產品高度（dù）集成化和（hé）柔（róu）性化發展要求，是鋰離子電（diàn）池領域麵臨的重大挑戰。複旦大學彭（péng）慧勝、陳培寧等發現纖維鋰離（lí）子（zǐ）電池內阻與長度之間獨特的雙曲餘切函數關係，即內阻（zǔ）隨長度增加並不增大，反而先下降後趨於穩定。在此理論指導下構建的纖（xiān）維鋰離子（zǐ）電池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10萬次後容量保持率（lǜ）超過80%；建立的世（shì）界上首條纖維鋰離子電（diàn）池（chí）生產線（xiàn），實現（xiàn）了其規模化連續製備；編織（zhī）集成得到的纖維鋰離子電池係統，電化學性能與商業鋰離子電池相當，而穩定性和安全性更加優異。

8、可編程（chéng）二維 62 比特超導處理器“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（nǐ），是實（shí）現量（liàng）子模擬、量子（zǐ）搜索算法乃至通用量子計算的工（gōng）具。中（zhōng）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（de）三維引線技術，實（shí）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（gè）比特組成的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（bìng）通過（guò）該裝置演示（shì）高保真的單粒子和雙粒子連續時間量子行走。利用量子（zǐ）處理器的高可編程性，實現了量（liàng）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了馬（mǎ）赫-曾德（dé）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果，驗證了對含噪聲中等規模量子（zǐ）比特係統的高精度量子調控能力，為研製祖衝之二號、實現“量子計算優（yōu）越性”奠定了基礎。

9、自供電軟機器（qì）人成功挑戰馬裏亞納海溝

軟機器人在馬裏亞納海溝萬米深海驅動實驗

深（shēn）海機（jī）器人（rén）與裝備需要高強度金屬耐（nài）壓外殼或壓力補償係統來（lái）保護內部機電係（xì）統。浙江大學李鐵風等從深海獅子魚“頭部骨骼分散融（róng）合在軟組織中”這一生理特（tè）性（xìng）提取仿生靈感（gǎn），揭示（shì）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內在機製；提出了硬質器件分散融入軟基體實現內應力調控的方法（fǎ），以及適應深海低溫、高壓環境的電驅動人工肌肉融合製造方法；建立了（le）萬米深海軟（ruǎn）機器人的係統構造（zào）方法和驅動理（lǐ）論。所研（yán）製的自供電軟機器人成功（gōng）挑戰馬裏亞納海溝，實現了（le）10900米海底深潛和驅動，在南海海平麵以下3224米（mǐ）實現（xiàn）深海航行。該研究大幅降低（dī）了深海機器人的重量及經濟成本，推動了軟體機（jī）器人在深海工程領域的應用。

10、揭示鳥類（lèi）遷徙路線成因和長距離遷徙關鍵基因

北極遊隼遷徙路（lù）線成（chéng）因與長距離遷徙關（guān）鍵基因

“遷徙生物（wù）如何發現其遷徙路線？”一直（zhí）是社會和學（xué）術界廣泛關注的議題，也是Science雜誌125個最具挑戰性科（kē）學問題之一。中國科學院動物所詹（zhān）祥江等曆時12年，利用衛星追蹤數據和基因組信息，建立了（le）一套北極遊隼遷徙（xǐ）研（yán）究係統，發現遊隼主要使用5條路線穿（chuān）越亞歐大陸，西部遊隼表現為短距離遷徙，東部為長距離遷徙。在末次冰盛（shèng）期（qī）到（dào）全新世的轉換（huàn）過程中，冰川消退所導致的（de）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（xǐ）距離更長的遊隼攜帶ADCY8優勢等位基因，該基因與長時記憶形成有關，表明長時記（jì）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、神經生物學等研究手（shǒu）段，通過多（duō）學科整合分析方法闡明了鳥類遷徙路線變遷（qiān）成因和遺傳基（jī）礎。

2021年12月，科學技（jì）術部高技術研究發展中（zhōng）心(基礎研究管理中心)組織召開了2021年度中國科學十大進展（zhǎn）初選會（huì）議，組織專家從推（tuī）薦（jiàn）的310項科學進展中遴選出30項進展進（jìn）入終選。終選邀請中國科學院院士、中國工程院院士、國（guó）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（yuán）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項候選科學進展進行網上投票，得票數排名前10位的入選“2021年度中國（guó）科學十（shí）大進展”。

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