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重磅！2021年度中國科學十（shí）大進展公（gōng）布

發布時間：2022-03-16 02:49:21瀏（liú）覽次數：51

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

1、火星探測任（rèn）務天問一號探測器成功著陸火星

天問一號探（tàn）測器

2021年（nián）5月15日7時18分，天問一號探測器成功著陸（lù）於火星烏托邦平原南部（bù）預選著陸區，我國首次火星（xīng）探測任務著陸火星取得成功（gōng）。任務采用了“氣動減速-傘降減速-動力減速-著（zhe）陸緩衝”四級串聯（lián）減速技術路線，建立了（le）設計迭代改進流程和多（duō）學科綜合優化方法，提高了係統應對（duì）故障（zhàng）工況和進入條件極限拉偏下的安全著（zhe）陸（lù）能（néng）力。天問（wèn）一號探測器著陸火星，是我國首次（cì）實現地外行星著陸，邁出（chū）了我國星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（zài）火星上首次留下（xià）中國人的印跡，使我（wǒ）國成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（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（wén）昌（chāng）航天發（fā）射場發（fā）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，標誌著我國空間站建造進入全麵實施（shī）階段，為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（gōng），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（wèi）航天員送入太空，這是天和核心艙發射入軌後，首次（cì）與載人飛船進行的交會對接。我國的載（zǎi）人（rén）航天飛船脫（tuō）離試驗階段，開始實現（xiàn）太空往返常態化，我國正式進入太空站時代。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式（shì）成功對接於天和核心（xīn）艙徑向端口，順利將翟誌剛、王亞平、葉（yè）光富3位航天員送入太空，實現了我（wǒ）國載人飛船在太空的首次徑向交會對接。

3、從二（èr）氧（yǎng）化碳到（dào）澱粉的人工合（hé）成

人工澱粉合成途徑

澱粉（fěn）是糧食最主要的組分，也是（shì）重要的工業（yè）原料。中國科（kē）學院天津工業生物技術研究所馬（mǎ）延和（hé）等報道了由11步（bù）核（hé）心（xīn）反應組成的人工澱粉合成途徑（ASAP），該途徑偶聯化學（xué）催化與生物催化反應，在實驗室實現了從（cóng）二氧化碳和氫氣到澱粉分子的人工（gōng）全合成。通過從頭設計二氧化碳到澱粉合成的非自然途徑，采用模塊化（huà）反應適配與蛋白（bái）質工程手段，解決了計算（suàn）機途徑熱力學（xué）匹配、代謝流平衡以及副產物抑製等問題，克服了人工途徑組裝與級聯（lián）反應進化等難題。在氫（qīng）氣驅動下ASAP將二氧（yǎng）化（huà）碳轉化為澱粉分子的速度為每分鍾每（měi）毫克催化劑22 nmol 碳單元（yuán），比玉米澱粉（fěn）合成速度高8.5倍；ASAP澱（diàn）粉合成的理論能（néng）量轉化效率為7%，是玉米等農（nóng）作物的3.5倍，並可實現直鏈和（hé）支鏈（liàn）澱粉的（de）可控合成。該成果不依賴植物光合作用，實現了二氧化碳（tàn）到澱粉的人工全合成。

4、嫦娥五號月球樣品揭示月球演化奧秘

嫦娥五號月壤樣品（玄（xuán）武岩（yán）岩屑）的顯微圖像

中國科學院地質與地球物理研究所李獻華（huá）、楊蔚、胡森、林楊挺和中國科學院國家天文台李春來（lái）等利用過去十多年來建（jiàn）立的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術，對嫦（cháng）娥五號月球樣品（pǐn）玄武（wǔ）岩進行（háng）了（le）精（jīng）確的年代學、岩石地球（qiú）化學（xué）及岩（yán）漿水含量的研（yán）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（huǒ）山活動可以持續到 20 億年前，比以往（wǎng）月球（qiú）樣品（pǐn）限定的火山活動延（yán）長了約 8億年。這一結果為撞擊坑定年提供了關鍵錨點，將大幅提高內太陽係星體表麵（miàn）撞擊坑（kēng）定年的精度（dù）。研究還揭示嫦娥五號玄武岩的月幔源區並不富含放射性生熱元（yuán）素和水，排除了放射性元素提供熱源，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SARS-CoV-2逃逸抗病毒藥物機製（zhì）

新冠病毒“反式（shì）回溯”的（de）複（fù）製矯正機製

不斷（duàn）出現的新冠病毒（dú）突變株對當前已有的（de）疫苗、中和抗體等抗病毒手段提出嚴峻挑戰，亟需（xū）發展能有效應對各型突變株的廣譜藥物（wù）。在生（shēng）命周期中，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，負責病毒轉錄複製的全過程，且在各型突變株中高度保守（shǒu），是開發廣（guǎng）譜（pǔ）抗病（bìng）毒藥物的核心靶點。清華大學婁智勇、饒子和與上海科技（jì）大學高岩等發現並重構了病毒“加帽中間（jiān）態複合體”、“mRNA加帽（mào）複合體”和（hé）“錯配（pèi）校正複合體”，並闡明其（qí）工作機製。揭示了新冠病毒轉（zhuǎn）錄複製（zhì）機器的完整組成形（xíng）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（shú）的關鍵酶，明確了帽結構的合成過（guò）程，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（yǐ）“反式（shì）回溯”的方式對錯配堿基和抗病毒藥物進行“剔除（chú）”，闡明了瑞（ruì）德西韋等藥物效果不良的分子機製，為優化針對聚合酶的抗（kàng）病毒藥物提（tí）供了關（guān）鍵科學（xué）依據（jù）。

6、FAST捕獲世界（jiè）最大快速射電暴樣本

FAST捕獲快速射電暴樣品示（shì）意圖

快速射電暴（FRB）是無線電波段宇宙最明亮的爆發現象。FRB 121102是人類所知的第一個重複快速射電暴，中國（guó）科學院國家天文台（tái）李菂等使用“中國天眼”FAST成（chéng）功捕捉到FRB 121102的極（jí）端活動期，最劇烈時段達到每小時122次爆發，累計獲取了（le）1652個（gè）高信噪比的爆發信號，構（gòu）成（chéng）目前最大的FRB爆發事件集合（hé）。研究發（fā）現FRB爆發率存在（zài）特征能量E0=4.8x1037 erg；探測到其能譜的雙峰（fēng）結構（gòu），即低能（néng）端接近正則對數，展現快速射電暴重複過程的隨機性；高能端接近洛倫茲函數，展現強輻射（shè）存在可能的相關過（guò）程。FAST樣本排除了FRB 121102爆（bào）發在一毫秒至一小時之間的（de）周期性或（huò）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FRB的完整能譜（pǔ），深入（rù）揭示了FRB的基礎物理機製。

7、實現高性能纖維鋰離子電池規模化製備

纖維聚（jù）合物鋰離子電池的集成組裝示意圖

如何通過設計新結構（如（rú）創建纖維鋰離子電池）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（diàn）池領域麵臨的重大（dà）挑戰。複旦大學彭慧勝、陳培寧（níng）等發現纖維鋰離子電池（chí）內阻與長度（dù）之間（jiān）獨特的雙（shuāng）曲餘切函數關係，即內阻隨長度增加並不增大，反而先下降後趨（qū）於（yú）穩定。在此理論指（zhǐ）導下構建的纖維鋰（lǐ）離子電池具有優異且穩（wěn）定的電化學性能，能量（liàng）密度（dù）較過去提升了近2個數量級，彎折10萬次後容量保持率超過80%；建立的世界上首條纖維鋰離子電池生產線，實現了其規模化連續製備；編織集成得到的纖維鋰（lǐ）離（lí）子電池係統，電化學性能與商業鋰離子電（diàn）池相當，而穩定性和安全性更加（jiā）優異。

8、可編程二維 62 比特超（chāo）導處（chù）理器“祖衝之號”的量（liàng）子行走

量子行走是經典隨機行走的量子力學模擬（nǐ），是實現量子模擬、量子搜索算法乃至通用量子（zǐ）計算的（de）工具。中國科學技術大學朱曉波、潘建（jiàn）偉等通過研發兼容平麵工藝的三維引線技術，實現（xiàn）了量子比特結構從一維向二維的拓展，設（shè）計並（bìng）製作了一個由 62個比特（tè）組成的8×8 的二（èr）維結構超導（dǎo）量子比特陣列，構建了“祖衝之號”量子計算原型機，並通過該裝置演示高保真的單粒子和雙（shuāng）粒子連續時間量子行走。利用量子處理器的（de）高可編程性，實現（xiàn）了量子比特（tè）激（jī）發粒子行走路徑的精確調控，在固態量子芯片實現了馬赫-曾德爾幹涉儀。該工作是世界（jiè）範（fàn）圍內公開發表的首個比特數超過60的超導量子計（jì）算領域（yù）的成果，驗證了對含噪聲中等規模量子比特係統的高精度（dù）量（liàng）子（zǐ）調控能力，為研製祖衝之（zhī）二號、實現“量子計算優越性”奠定了基礎。

9、自供（gòng）電軟機器人成功挑戰馬裏亞（yà）納海溝

軟機器（qì）人在（zài）馬裏亞納海溝萬（wàn）米深海驅（qū）動實驗

深海機器人與裝備需要高強度金屬耐壓外殼（ké）或壓力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）獅子魚“頭部骨骼分散融合在軟組織中”這一生理特性提取（qǔ）仿（fǎng）生靈（líng）感，揭示了深海（hǎi）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；提出了硬質器件分散融入（rù）軟基體實現內應力調控的（de）方法，以及適應深海低溫、高壓環境的電（diàn）驅動人工肌肉融（róng）合（hé）製造方法；建立了萬米深海軟機器人的係（xì）統構造方法和驅動（dòng）理論。所研製的自供電軟機器人成功（gōng）挑戰馬裏亞納海溝，實現了10900米海底深潛和驅動，在南海海平麵以下3224米實現深海航行。該研究大幅（fú）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（yīng）用。

10、揭示鳥類遷徙路線成因和長距離遷徙關鍵（jiàn）基因

北極遊隼遷徙路（lù）線成因與長距離遷徙關鍵基因

“遷徙生物（wù）如（rú）何發現其遷徙路線？”一直是（shì）社會和學術界廣泛關注的議題，也是Science雜誌125個最具（jù）挑戰性科學問題之一（yī）。中國（guó）科（kē）學院動物所詹祥江等曆時12年，利用（yòng）衛星追蹤數據和基因組信息，建立了一套北極遊隼遷（qiān）徙（xǐ）研究係統，發現遊（yóu）隼主要使用5條路線穿越亞歐大陸（lù），西部遊隼表現為短距離（lí）遷徙，東部為長距離遷徙。在末次冰盛期到全新世（shì）的轉換過程中，冰川消退所導致的繁殖和越冬地變遷，可（kě）能是遷徙（xǐ）路線形成的主要曆史原因（yīn）。研究還發現遷徙距（jù）離更長的遊隼（sǔn）攜帶（dài）ADCY8優（yōu）勢等位基因，該基因與長時記憶形成有關（guān），表（biǎo）明長時記（jì）憶可能是鳥類長距離（lí）遷徙的重要（yào）基礎。該（gāi）研究結合遙感衛星追（zhuī）蹤（zōng）、基因組學、神經（jīng）生物學等研究手段，通過多學科整合分析方法（fǎ）闡明了鳥類遷徙路（lù）線變遷成因和遺傳基礎。

2021年12月（yuè），科（kē）學（xué）技（jì）術部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心)組（zǔ）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（xué）進（jìn）展中遴選出30項進（jìn）展進入終選。終（zhōng）選邀請中國科學（xué）院院士、中（zhōng）國工程院院士、國家重點實驗室主任、國家重點研發計劃有關重點（diǎn）專項總體專家（jiā）組成（chéng）員和項目負責人、原973計劃顧問組和谘詢組專家、及（jí）項目首席科學家等3500餘（yú）位知名專家學（xué）者（zhě）對30項候選科學進展進行網上投（tóu）票，得票數排名前10位的入選“2021年度中國科（kē）學（xué）十（shí）大進展”。

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