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重磅！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（lǎn）次數：51

2022年2月28日，科學技術（shù）部高技術研究發展中心(基（jī）礎研究管理（lǐ）中心)發（fā）布2021年度中國科學十大進展：

1、火星探（tàn）測任務天問一號探測器成功著陸火星

天問一號探測器

2021年5月15日（rì）7時18分，天問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（cì）火星探測任務著陸火星取得成功。任務采用了“氣動減速-傘降減速-動力減速-著陸緩衝”四級串聯減速技術路線，建立了設計迭代改進流程和多（duō）學（xué）科綜合優化方法，提高了係（xì）統應（yīng）對故（gù）障工況和進入條件極限拉偏下（xià）的安全著陸能力。天問一號探測器著陸火星，是我國首次實現地外（wài）行星著陸，邁出了我國星（xīng）際探測征程（chéng）的重（chóng）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人的印跡，使我國成為第二個成功著陸（lù）火星（xīng）的國家，是我國航天事業發展的又一（yī）具有（yǒu）裏程碑意義的進展。

2、中國空間站天和（hé）核心艙成功發射，神舟十（shí）二號、十三號載（zǎi）人（rén）飛船成功發射並與天和核心艙成功完成對接（jiē）

2021年（nián）4月29日，中國空間站天和核心艙在海南文（wén）昌航天發射場發射升空（kōng），準確進入預定軌道，任務取得成（chéng）功（gōng）。天和核心艙（cāng）發射成功，標誌（zhì）著我國空間站建造進入全麵實施階段，為後續（xù）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（fā）射成功，並與天和（hé）核心艙成功完成對接，順（shùn）利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員送入太空，這是天和核心艙發（fā）射入軌後，首次與載人（rén）飛（fēi）船進行的交（jiāo）會對接。我國的載人航天（tiān）飛船脫離試驗階段，開始實現太空往返常（cháng）態化，我國正式（shì）進入太空站時代。10月16日，神州十三號載人飛（fēi）船發射成功，並采（cǎi）用自主快速交會對接模式成（chéng）功對接於天和核心艙徑向端口，順利將翟（zhái）誌剛、王（wáng）亞平、葉光富3位航天員送入（rù）太（tài）空（kōng），實現了我國載人飛船在太（tài）空的首（shǒu）次徑向交會對（duì）接。

3、從二氧（yǎng）化碳到（dào）澱粉的（de）人工合成

人工（gōng）澱（diàn）粉合成途徑

澱粉是糧食最主要的組分，也（yě）是重要的工業原料。中國科學院天津（jīn）工業生物技術（shù）研究所馬延和等報道了由11步核心反應（yīng）組成（chéng）的人工澱（diàn）粉合成途徑（ASAP），該途徑偶聯（lián）化學催化與生物催化反應，在實驗室實現了從二（èr）氧化碳（tàn）和氫（qīng）氣到澱（diàn）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，采用模塊化反應適配與蛋白（bái）質工程手段（duàn），解決了計算機途徑熱力學匹配、代謝流平衡以及副（fù）產（chǎn）物抑製（zhì）等問題，克（kè）服了（le）人工途徑組裝（zhuāng）與級聯反應進化等難題。在氫氣驅動下ASAP將二（èr）氧化碳轉化為澱（diàn）粉分子的速度為每分鍾每毫克催化劑22 nmol 碳單元（yuán），比玉米澱粉合成速度高8.5倍；ASAP澱粉合成的理論能量轉化效率為7%，是玉米等農（nóng）作物的3.5倍，並可（kě）實現直鏈和支鏈澱粉的可控合成。該成果不依賴植物光合作用，實現（xiàn）了二氧化碳到澱粉的（de）人工全合成（chéng）。

4、嫦（cháng）娥五號月球（qiú）樣品揭示月球演化奧秘

嫦娥五號月壤樣品（玄武岩岩屑）的顯微圖像（xiàng）

中國科學院地質（zhì）與地球物理研究所李獻華、楊蔚、胡森、林楊挺（tǐng）和中國科學院國家天文（wén）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同位素分析技術，對嫦娥五號月球樣品玄武岩進行（háng）了精確的（de）年代學、岩石地球化學及（jí）岩漿水含量的研究。結果顯示，嫦娥五號玄武岩形成於 20.30±0.04 億年，確證月球（qiú）的火山活（huó）動可以持續到 20 億年前，比以往月（yuè）球樣品限定（dìng）的火山活動延長了約（yuē） 8億年。這一結果（guǒ）為撞（zhuàng）擊坑定年提供（gòng）了關鍵錨點，將大幅提高內（nèi）太陽係星體表麵撞擊坑定年的精度。研究還揭示嫦娥（é）五號玄武岩的月幔源（yuán）區並（bìng）不富含放射性生熱元素和水，排除了放（fàng）射性元（yuán）素提供熱源，或富（fù）含水降低熔點兩種月幔（màn）熔融機製，對未來的月球探測和研究（jiū）提（tí）出了新的方向。

5、揭示（shì）SARS-CoV-2逃逸（yì）抗病（bìng）毒藥物機製

新冠病毒“反式回溯”的複製矯正機製

不斷出現的新冠病毒突變株對當前已有的疫苗、中（zhōng）和抗體等抗病毒手段提出嚴峻挑戰，亟需發展能有效應對（duì）各型突變（biàn）株的廣譜藥物。在生命周期中（zhōng），病毒的一係列轉錄複製酶組裝成（chéng）“轉錄複製複合體”超分子機器，負（fù）責（zé）病毒轉錄複製的（de）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（bǎ）點。清華大學婁智勇、饒子和與（yǔ）上海科技大學高岩等發現並重構了病毒“加帽中（zhōng）間態複合體”、“mRNA加（jiā）帽複合體”和“錯配校正複合體”，並闡明（míng）其（qí）工作機（jī）製。揭（jiē）示了新冠病毒轉錄複製機（jī）器的完（wán）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“加帽”成熟的關鍵酶，明確了帽結構的合成過程，為發（fā）展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新（xīn）靶點；發現病毒以“反式回溯”的（de）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（huà）針對（duì）聚合酶的抗病毒藥物（wù）提供了關鍵科學依據。

6、FAST捕（bǔ）獲世界最大快（kuài）速射電暴樣本（běn）

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（bō）段宇宙最明亮的爆（bào）發現象。FRB 121102是人類所知的（de）第一個重複快速射電暴，中國科學院國家天文台李菂等（děng）使用（yòng）“中國天眼”FAST成功捕（bǔ）捉到FRB 121102的極端活動（dòng）期（qī），最劇烈時段達到每小時122次爆發，累計獲取了1652個高信噪比的（de）爆發信號，構成目前最大的FRB爆發事件集（jí）合。研（yán）究發現FRB爆發率存在特（tè）征能量E0=4.8x1037 erg；探測到其能譜的（de）雙峰結構，即低能端接近正則（zé）對數，展現快速（sù）射電暴重複（fù）過（guò）程（chéng）的隨機性；高能端接近洛倫茲函數，展現強（qiáng）輻射存在可能的相關過程。FAST樣本排除了FRB 121102爆發在一毫秒至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密天體起源的可能性。該研究首次展現了（le）FRB的完整能譜，深入（rù）揭示了FRB的基礎物理機製。

7、實現（xiàn）高性能纖維（wéi）鋰離子電池規模化（huà）製備

纖維（wéi）聚合物鋰離（lí）子電池的集成組裝示意圖

如何通過設計新結構（gòu）（如創建纖維鋰離子電池）滿足電子產品高度集成化和柔性化發展要求，是鋰離子電池領域麵臨的重大挑戰。複旦大學彭慧勝、陳培寧等發現纖維（wéi）鋰離子電池內阻與長度之間獨特的雙曲餘（yú）切函數關係，即內（nèi）阻隨長度增加並不增大，反而（ér）先下降（jiàng）後趨於穩定。在此理論指導下構建的纖維鋰離子電池具有優異且穩定的電化學性能，能量密度較過去提（tí）升（shēng）了近2個數量級，彎折10萬次後容量保持率超過80%；建立的世界上首（shǒu）條纖（xiān）維鋰離子電池生（shēng）產線，實現（xiàn）了其規模化連續製備；編織集成得到的纖維鋰離子電池（chí）係統，電化學性能（néng）與商業（yè）鋰離子（zǐ）電池相當，而穩定性和安全（quán）性（xìng）更加優異。

8、可編程二維 62 比特超導處理器“祖衝之號”的量子行走

量子行走是（shì）經典隨機行走的量子（zǐ）力學模擬，是實現量子模擬、量子搜索算法乃至通（tōng）用量子計算的工具。中國（guó）科學技術大學朱曉波、潘建偉等通過（guò）研發兼容（róng）平麵工藝的三維引線技術，實現（xiàn）了量子比特結（jié）構從一維向二維的拓展，設計並製作了一（yī）個由 62個比特組（zǔ）成的8×8 的二維結構超導量子比特陣列，構建了“祖（zǔ）衝之（zhī）號”量子計算原型機，並通過該裝置演示高保真的單粒子和雙粒（lì）子連續時間量子行走（zǒu）。利用量子處理器的高可編程性，實現了（le）量子比特激發粒子行（háng）走路徑的（de）精確調控，在固態量子（zǐ）芯片實現了馬赫-曾德爾幹涉儀。該工作是（shì）世界範圍內公開發表的（de）首個比特數超過60的超（chāo）導量子計算領域的成果，驗證了（le）對含噪聲中等規模量子比（bǐ）特係統的高精度量子調控能力，為研製（zhì）祖衝之二號、實現“量子計算優越性”奠定了基礎。

9、自供電軟機器人成功挑戰馬裏（lǐ）亞納海溝

軟機器人在馬裏（lǐ）亞納海溝萬米深海（hǎi）驅動實（shí）驗（yàn）

深海機器人與裝備需要高強度金屬耐壓外殼或壓力補償係統來保護內部機（jī）電係統。浙江大（dà）學李鐵風等從（cóng）深海獅子魚“頭部（bù）骨骼分散融合在軟組（zǔ）織中”這一生理特性提取仿生靈感，揭（jiē）示了深（shēn）海極端壓（yā）力條件下軟機器（qì）人功能器件破壞及驅動失效的內在機（jī）製；提出了硬質器（qì）件分散融入軟基體實現內應力調控的方法，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（lì）了萬（wàn）米深海（hǎi）軟機器人的係（xì）統構造方法和驅動理論。所研製的自（zì）供電軟機器人成功挑戰（zhàn）馬裏亞納海溝，實現（xiàn）了10900米海底深潛和驅動，在南海海平麵以下3224米實現深海（hǎi）航行。該研究大（dà）幅降低了深海機器人的重量及（jí）經濟成本，推動了軟（ruǎn）體機器人在深海工程領域的應用。

10、揭示鳥類遷徙路線成因和長距離遷徙關鍵基因

北極遊隼遷徙路線（xiàn）成因與（yǔ）長（zhǎng）距離遷徙關鍵基因

“遷徙生物如（rú）何發現其遷徙路線？”一直是社會和學術界廣（guǎng）泛關注（zhù）的議題，也是Science雜誌125個最具挑戰性科學問題之一。中國科學（xué）院動物所詹祥江等曆（lì）時12年，利用衛星追蹤數據和基因組信（xìn）息，建立了（le）一套北極遊隼遷徙研究係統，發現遊隼主要使用5條（tiáo）路線穿越亞歐大陸，西部遊隼表現為短距離遷徙，東部為長距離遷（qiān）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地變遷，可能是（shì）遷徙路線形（xíng）成的主要曆史原因。研究還發現遷徙距離（lí）更長的遊隼（sǔn）攜帶ADCY8優勢等位基因，該基因與長時記憶形（xíng）成有關（guān），表明長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基（jī）礎。該研究結（jié）合遙感衛星追蹤、基因組學、神（shén）經生物學等研究手段，通過（guò）多學科整合分析方法闡明了鳥類遷徙路線變遷成因和遺（yí）傳基礎。

2021年12月，科學（xué）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年度中國科學十大進展初選會議，組織專家從推薦的310項科學進（jìn）展中遴選出30項進展（zhǎn）進入終選。終選邀請中國科學院院士（shì）、中國（guó）工程院（yuàn）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計劃顧問組和谘詢組專家、及項目首席科學家等3500餘（yú）位知名專家學者對30項候選（xuǎn）科學進展進行網上投票（piào），得票數排名（míng）前10位的入選“2021年度中國科學十大進展”。

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