2014年中國重大科學(xué)、技術(shù)和工程進(jìn)展*

高影響力文章

2014年中國重大科學(xué)、技術(shù)和工程進(jìn)展*

陳廣仁1，吳曉麗1，劉志遠(yuǎn)1，田恬1，蘇青1,2，史永超1

1.科技導(dǎo)報社，北京 100081

2.中國科學(xué)技術(shù)出版社，北京100081

《科技導(dǎo)報》2004年第3期刊登“2003年中國重大科學(xué)、技術(shù)與工程進(jìn)展”，至今已連續(xù)11年遴選發(fā)布中國年度重大科學(xué)、技術(shù)和工程進(jìn)展［1～12］.為盤點 2014年中國重大科學(xué)、技術(shù)和工程進(jìn)展，《科技導(dǎo)報》編輯部從國內(nèi)外重要科技期刊和科技新聞媒體所報道的中國科技成果中，遴選、推薦30項重大科學(xué)進(jìn)展、52項重大技術(shù)進(jìn)展、36項重大工程進(jìn)展候選條目，由《科技導(dǎo)報》編委、審稿人等專家通信評選，根據(jù)每項進(jìn)展的得票情況，推選出2014年度中國重大科學(xué)進(jìn)展10項、重大技術(shù)進(jìn)展10項、重大工程進(jìn)展10項.遴選出的每項重大進(jìn)展須在2014年1月1日至2014年12月31日期間發(fā)表、公布或報道，各項進(jìn)展均按發(fā)表、公布或報道的時間先后排序.

1　2014年度中國重大科學(xué)進(jìn)展（10項）

1.1基于H2++He碰撞反應(yīng)實現(xiàn)愛因斯坦理想電子雙縫干涉實驗

楊氏雙縫干涉實驗揭示了光子的波粒二象性，是建立量子理論的基石之一.以尼爾斯·玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派利用不確定性原理對這一現(xiàn)象給出了自洽的解釋，提出不能同時測到光子的軌跡和相位.但是，阿爾伯特·愛因斯坦認(rèn)為，一個完備理論必須能夠準(zhǔn)確地描述物理實在的每個要素，并提出一個“理想實驗”：在電子的楊氏雙縫實驗中，通過測量電子在狹縫上散射后的動量，理論上可以推測出電子的軌跡，這種測量并不會破壞粒子的相位——因此可在得到干涉條紋的同時知道粒子是從哪個狹縫中穿過的.因為難于找到這樣的一對理想狹縫，使得該理想實驗一直難于得到驗證.中國科學(xué)院近代物理研究所馬新文研究組與合作者，通過氫分子離子與氦原子碰撞產(chǎn)生的電離解離反應(yīng)，成功實現(xiàn)了愛因斯坦的理想實驗.實驗采用逆運動學(xué)原理，用加速器產(chǎn)生的氫分子離子作為炮彈轟擊氦原子靶，選擇氫分子離子的電子態(tài)作為狹縫，研究了氦原子物質(zhì)波的干涉.由于碰撞引起了氫分子離子解離和氦原子電離，系統(tǒng)末態(tài)產(chǎn)生了質(zhì)子、氫原子、氦離子和自由電子（圖1）.

該研究組利用反應(yīng)顯微成像譜儀系統(tǒng)對末態(tài)4個粒子進(jìn)行了運動學(xué)完全測量，確定了與碰撞時刻“狹縫”間距相關(guān)的氫分子離子解離能、電離電子及反沖氦離子的動量矢量，從而得到碰撞時刻氫分子離子在空間的取向和氦原子整體在氫分子離子雙縫上獲得的動量，最終在氫分子離子參考系中獲得動量轉(zhuǎn)移表象下氦原子在狹縫上的干涉圖樣.實驗結(jié)果顯示，作為狹縫的氫分子離子電子態(tài)由對稱態(tài)躍遷到反對稱態(tài)，導(dǎo)致氦原子物質(zhì)波雙縫干涉條紋發(fā)生π相位變化，即與光學(xué)楊氏雙縫條紋具有相反的相位.這種通過狹縫量子態(tài)變化引起干涉條紋變化的現(xiàn)象，直接證實了玻爾對于雙縫實驗的論斷.這種在碰撞過程中宇稱態(tài)發(fā)生變化的雙縫是以往干涉實驗無法提供的，這為量子糾纏、局域?qū)嵲谛缘壬婕傲孔恿W(xué)核心概念的研究提供了新的思路［13］.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年1月17日Physical Review Letters［112， 023201］［14］.

1.2證實青藏高原通過下部地殼物質(zhì)流動和上部地殼沿斷層塊體滑移兩種方式向東擴(kuò)張

青藏高原向東的側(cè)向擴(kuò)張引起了毀滅性地震，但對其機(jī)制的了解還很少.特別是，地表運動的區(qū)域性變化與青藏高原深部結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)還不清楚.青藏高原的變形方式可能是通過沿巨大走滑斷層的剛性地殼塊體滑移，也可能是通過下部地殼黏性物質(zhì)向東的蠕變流動.但2008年汶川大地震對這種下部地殼流動的觀點提出了質(zhì)疑.關(guān)于青藏高原東部變形模式的爭議仍然在持續(xù)，部分是因為目前的地球物理探測數(shù)據(jù)還不足以建立起深部地殼結(jié)構(gòu)與觀測到的地表運動之間的關(guān)聯(lián).中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學(xué)國家重點實驗室劉啟元研究組與合作者，利用四川西部約300臺地震儀陣列的地震記錄數(shù)據(jù)，以前所未有的清晰度對青藏高原東部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像.該研究組在地殼深部識別出一個弱巖石區(qū)，其厚度朝向東部的揚子地臺而增大，可解釋為地殼物質(zhì)流動通道.還識別出沿著大斷層在結(jié)構(gòu)和流變學(xué)上存在明顯的反差.結(jié)合大地測量數(shù)據(jù)及考慮到地殼的不均勻性，上述結(jié)果提示青藏高原向東的擴(kuò)張可能是地殼深部物質(zhì)的流動與沿著深大斷層滑移的結(jié)合.因此，剛性塊體運動和深部地殼物質(zhì)流動并不是不可調(diào)和的地殼變形模式.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年5月Nature Geoscience［7（5）：361-365］［15］.

1.3利用晶格限域的單鐵活性位點催化劑實現(xiàn)甲烷的直接無氧轉(zhuǎn)化

隨著世界范圍內(nèi)富含甲烷的頁巖氣、天然氣水合物、生物沼氣等的大規(guī)模發(fā)現(xiàn)與開采，以儲量相對豐富和價格低廉的天然氣替代石油生產(chǎn)液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品成為科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界研究和發(fā)展的重點.迄今為止，天然氣的轉(zhuǎn)化利用通常采用二步法：首先，在高溫條件下通過混合氧氣、二氧化碳或水蒸汽，將天然氣中的甲烷分子重整為含一定比例的一氧化碳和氫氣分子的合成氣（syngas）；隨后，或采用由德國科學(xué)家20世紀(jì)20年代發(fā)明的費托合成（F-T合成）方法，在特定的催化劑上將合成氣轉(zhuǎn)化為高碳的烴類分子（油品和基礎(chǔ)化學(xué)品等）；或先由合成氣制備甲醇，再經(jīng)微孔分子篩催化劑脫水，生產(chǎn)烯烴和其他化學(xué)品.這類傳統(tǒng)的甲烷轉(zhuǎn)化路線冗長，投資和消耗高，尤為突出的問題是，由于采用了氧分子作為甲烷活化的助劑或介質(zhì)，過程中不可避免地形成和排放大量溫室氣體二氧化碳，一方面影響生態(tài)環(huán)境，另一方面致使總碳的利用率大大降低，通常不會超過一半.因此，人們一直在努力探索天然氣直接轉(zhuǎn)化利用的有效方法與過程.

天然氣的高效利用需要既能夠活化甲烷C－H鍵、又能夠抑制完全脫氫反應(yīng)和過度氧化反應(yīng)的催化劑.中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室包信和研究組與合作者的研究顯示，采用一種嵌套于二氧化硅基質(zhì)中的單鐵活性位點催化劑，可將甲烷專一地直接無氧轉(zhuǎn)化為乙烯和芳烴（圖2）［16］.在該反應(yīng)中，由于晶格限域?qū)е碌蔫F活性位點隔離，阻止了C－H鍵打開后C－C鍵的耦合，從而阻止了低聚反應(yīng)和焦炭積淀.該反應(yīng)在1363 K溫度下，甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到48.1%的最大值，乙烯選擇性達(dá)到48.4%的峰值，而總烴選擇性超過99%，這展示出了一種甲烷的原子經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化過程.這種晶格限域的單鐵活性位點具有非常好的穩(wěn)定性，在60 h的測試中沒有觀察到活性的喪失.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年5月9日Science［344（6184）：616-619］［17］.

1.4合成出具有空前硬度和熱穩(wěn)定性的納米孿晶金剛石

盡管金剛石是天然存在的最硬的材料，但其特別是在高溫下表現(xiàn)出的低的熱穩(wěn)定性限制了其應(yīng)用.同時，提高金剛石的硬度和熱穩(wěn)定性一直是材料科學(xué)家的期望.根據(jù)Hall-Petch效應(yīng)，金剛石的硬度可通過構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)（納米顆粒或納米孿晶）得到強(qiáng)化，這已得到一些研究的證實.然而對于通過燒結(jié)制備的納米晶粒化金剛石，其顆粒尺寸在技術(shù)上僅能達(dá)到10～30 nm，而且相對于天然金剛石其熱穩(wěn)定性下降.2013年，燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點實驗室田永君研究組制備的納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼，其孿晶厚度小到約3.8 nm，這為制備同時具有更小尺寸、更高硬度和熱穩(wěn)定性的金剛石提供了思路.

此前，納米孿晶金剛石還沒有通過其幾種前體（如石墨、無定形碳、玻璃化碳、C60）的直接轉(zhuǎn)變成功制備出來.為此，田永君研究組與合作者開始研究洋蔥碳在高溫高壓下的相變過程，利用洋蔥狀碳納米顆粒在高溫高壓下成功合成出孿晶厚度約5 nm的納米孿晶金剛石（圖 3）［18］.而且，觀測到一種新的單斜晶體結(jié)構(gòu)與孿晶共生.研究制備的這種納米孿晶金剛石塊體材料具有空前的硬度和熱穩(wěn)定性，其維氏硬度可達(dá)到200 GPa，約為天然金剛石的2倍；其在空氣中的氧化溫度超過天然金剛石200℃以上.這種納米孿晶結(jié)構(gòu)的構(gòu)建也為制備其他新的具有高熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能的碳基材料提供了思路.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年6月12日Nature［510（7504）：250-253］［19］.

1.5提出并證實極體移植可有效阻斷線粒體遺傳病的傳遞

遺傳性線粒體病的致病變異可通過母親傳遞給子女，并可導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病表型.目前對這種疾病還缺乏有效的治療和遺傳篩查手段.通過將患者卵子的核基因組移植到健康卵，從而利用健康卵的線粒體DNA替換存在致病變異的線粒體DNA是治療該病的一個希望.極體是卵母細(xì)胞成熟或受精過程中不對稱分裂產(chǎn)生的副產(chǎn)品，它僅包含了很少的線粒體，但其核基因組與卵母細(xì)胞一致.基于此，復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)國家重點實驗室朱劍虹、沙紅英研究組與安徽醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院曹云霞研究組合作，提出了利用極體移植來阻斷線粒體DNA變異傳遞的思路.他們利用小鼠對比研究了不同類型基因組移植的效果，包括紡錘體-染色體移植、原核移植、第一和第二極體移植等.研究表明，上述重組的配子都能夠正常受精并產(chǎn)生可存活的后代.重要的是，遺傳分析表明，相對于其他移植類型，第一極體移植產(chǎn)生的F1子代具有最少的源自其母親的線粒體DNA殘留.而且，線粒體DNA的遺傳表型在F2子代中保持穩(wěn)定.上述臨床前研究顯示，極體移植可能是一種很有潛力的阻斷遺傳性線粒體病的治療策略.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年6月19日Cell［157（7）：1591-1604］［20］.

1.6發(fā)現(xiàn)新生期心臟具有重新生成冠狀動脈的能力

冠心病引起的心肌梗死是全世界因疾病死亡的首要原因.冠狀動脈是如何發(fā)育的，這是一個對于人類健康和疾病具有重要意義的基礎(chǔ)生物學(xué)問題，將為先天性心臟病和成年心血管疾病再生醫(yī)學(xué)治療提供重要信息.關(guān)于冠狀動脈的起源，以往的研究大多集中在胚胎時期，即冠狀動脈在心臟上最初形成的時期，普遍認(rèn)為出生后的冠狀動脈來源于這些胚胎期已經(jīng)形成的冠狀動脈，但這種假設(shè)并沒有嚴(yán)格地論證過.

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院營養(yǎng)科學(xué)研究所周斌研究組與合作者，基于轉(zhuǎn)基因小鼠結(jié)合譜系示蹤技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，新生小鼠心臟冠狀動脈血管的相當(dāng)一部分是重新起源的，而不是已存在血管的擴(kuò)增.該研究顯示，心室壁外側(cè)的冠狀動脈血管來源于胚胎發(fā)育早期生成的血管，位于室間隔中的冠狀動脈血管是在胚胎發(fā)育中期形成的，而心室壁內(nèi)側(cè)的冠狀動脈血管是在出生后新生成的.他們依據(jù)冠狀動脈血管發(fā)育在時間和空間上的差異，首次提出冠狀動脈血管的起源可以劃分為2個血管群：位于心室壁外側(cè)的第一冠狀動脈血管群、心臟內(nèi)部（包括心室壁內(nèi)側(cè)和室間隔）的第二冠狀動脈血管群（圖 4）［21］.定量分析表明，第二冠狀動脈血管群為心臟的大部分心肌供應(yīng)血流，對出生后心臟自身的血液供應(yīng)具有重要意義.

此外，研究發(fā)現(xiàn)來源于兩個血管群的冠狀動脈是通過不同的發(fā)育機(jī)制形成的，而且在出生后仍然保持在空間上的分隔.第一冠狀動脈群來源于胚胎心臟最初的冠狀動脈叢產(chǎn)生的心外膜下祖細(xì)胞.心內(nèi)膜是第二冠狀動脈群的起源.心內(nèi)膜不僅僅是內(nèi)襯于心肌小梁的一層膜，心內(nèi)膜干/祖細(xì)胞可以分化為成纖維細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等.心內(nèi)膜干/祖細(xì)胞作為冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞庫，在心肌小梁融合的過程中發(fā)生遷移并分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞，是出生后冠狀動脈迅速增多的有效方式，從而提供充足的血流灌溉為增強(qiáng)泵功能而迅速增厚的心肌層.這種出生后冠狀動脈快速生長的內(nèi)源性機(jī)制，為探索先天性心臟病如心肌致密化不全、先天性冠狀動脈瘺等的發(fā)病機(jī)制、診斷和治療提供了重要線索，也為冠心病引起心肌梗死后冠狀動脈再生治療和體外人工心臟血管生成研究奠定了理論基礎(chǔ)并提供了新的研究途徑和思路［21］.相關(guān)研究論文發(fā)表在 2014年 7月 4日Science［345（692）：90-94］［22］.

1.7證實海洋中尺度渦也是海洋物質(zhì)輸運的重要驅(qū)動方式

海洋中熱、鹽、淡水、溶解性二氧化碳和其他示蹤物的輸運過程，對于全球氣候變化有重要的調(diào)控作用，同時對天然海洋資源的分布也有至關(guān)重要的影響.傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，海洋中物質(zhì)的輸運是由大尺度風(fēng)生環(huán)流和熱鹽環(huán)流所主導(dǎo)，然而，水體也可被移動的中尺度渦旋捕獲并以不連續(xù)的方式輸運.中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點實驗室王偉研究組與合作者，結(jié)合衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)和Argo剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)，得到了海洋中尺度渦在全球的統(tǒng)一的三維結(jié)構(gòu)，建立了中尺度渦攜帶水體自主運動的理論，給出了中尺度渦引發(fā)全球水體輸運的總量和分布形式（圖5）［23］.研究結(jié)果表明，中尺度渦旋驅(qū)動的帶狀水體輸運總量可達(dá)到30×106～40×106m3/s，它主要發(fā)生在背景流動比較弱的亞熱帶區(qū)域.這種輸運量在量級上與大尺度風(fēng)和熱鹽驅(qū)動的循環(huán)相當(dāng)，因此對于認(rèn)知全球物質(zhì)分布及由此引發(fā)的氣候變化具有重要意義.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年7月18日Science［345（6194）：322-324］［24］.

1.8發(fā)現(xiàn)炎癥性半胱天冬酶是胞內(nèi)脂多糖的先天免疫受體

脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），俗稱內(nèi)毒素，是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的主要成分.LPS也是病原菌最為重要的模式分子，可誘導(dǎo)嚴(yán)重免疫反應(yīng)，是敗血癥和內(nèi)毒素性休克最主要的誘因.鼠類的半胱天冬酶-11（caspase-11）炎癥小體可應(yīng)答不同的細(xì)菌感染.caspase-11活化誘導(dǎo)的細(xì)胞程序式死亡以應(yīng)答胞內(nèi)LPS，這是小鼠患內(nèi)毒素休克的關(guān)鍵.但胞內(nèi)LPS如何被識別進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥性壞死的機(jī)制及其相關(guān)識別受體的類型還屬于未知［25］.

北京生命科學(xué)研究所邵峰研究組與合作者研究顯示，給胞質(zhì)內(nèi)遞送LPS可導(dǎo)致人單核細(xì)胞、上皮細(xì)胞和角化細(xì)胞壞死.LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性由人caspase-4所介導(dǎo)，caspase-4在功能上與鼠類的caspase-11相同.人caspase-4和小鼠同源物caspase-11及人caspase-5，可高特異性及親和性地直接結(jié)合 LPS和脂質(zhì) A.脂多糖與程序式死亡細(xì)胞中的 caspase-11相關(guān).昆蟲細(xì)胞純化的caspase-4/11與LPS結(jié)合可發(fā)生寡聚化，激活其酶活性.乙?；闹|(zhì)IVa和類球紅細(xì)菌中的LPS能夠結(jié)合caspase-4/11，但不能誘導(dǎo)它們的寡聚化和活化.半胱天冬酶通過其CARD結(jié)構(gòu)域與LPS結(jié)合.與LPS結(jié)合存在缺陷的CARD點突變的半胱天冬酶不能應(yīng)答LPS而發(fā)生寡聚化或活化，也不會因LPS電穿孔遞送或細(xì)菌感染而導(dǎo)致細(xì)胞程序式死亡.該研究顯示，caspase-4/5/11代表了一種新的免疫識別應(yīng)答模式，與LPS的結(jié)合也是一種此前未知的半胱天冬酶活化方式.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年10月9日Nature［514（7521）：187-192］［26］.

1.9提出并驗證了一種既可提高產(chǎn)量又可降低環(huán)境成本的種植模式

當(dāng)前全球農(nóng)業(yè)正面臨糧食增產(chǎn)速率明顯變緩及資源環(huán)境代價越來越高的雙重挑戰(zhàn).它既需要通過提高產(chǎn)量來確保全球的糧食安全，又需要降低環(huán)境成本.中國糧食生產(chǎn)的資源環(huán)境代價有多大？未來糧食增產(chǎn)的潛力多大？是否可以保障國家糧食安全？未來糧食增產(chǎn)能否以更低的資源環(huán)境代價來實現(xiàn)？這是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展亟需回答的問題.為此，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院張福鎖研究組與合作者過去5年內(nèi)在中國水稻、小麥和玉米產(chǎn)區(qū)的主要農(nóng)業(yè)-生態(tài)區(qū)，實施了共計153個點/年的田間試驗，以大樣本的田間實證研究來回答中國未來糧食增產(chǎn)的潛力及資源環(huán)境代價.他們基于作物生態(tài)生理學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)和土壤生物地球化學(xué)原理，建立了土壤-作物系統(tǒng)綜合管理的理論與技術(shù)［27］.

研究發(fā)現(xiàn)，土壤-作物系統(tǒng)綜合管理使水稻、小麥和玉米的平均產(chǎn)量分別由7.2、7.2、10.5 t/hm2增長至8.5、8.9、14.2 t/hm2，而沒有增加氮肥的使用.模型模擬和生命周期評估顯示，通過這種綜合的土壤-作物系統(tǒng)管理，活性氮喪失和溫室氣體排放發(fā)生根本性降低.如果中國采取這種種植模式，到2030年平均產(chǎn)量達(dá)到實驗值的80%，那么利用與2012年相同的種植面積，其水稻、小麥和玉米的總產(chǎn)量將足以滿足中國人直接的糧食消費需求，并能在根本上增加動物飼料對糧食的需求，同時可降低集約農(nóng)業(yè)的環(huán)境成本.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年10月23日Nature［514（7523）：486-489］［28］.

1.10中國暗物質(zhì)探測結(jié)果對暗物質(zhì)探測區(qū)間給出進(jìn)一步約束

暗物質(zhì)研究是21世紀(jì)國際科學(xué)前沿.中國四川錦屏地下實驗室的巖石覆蓋層厚度達(dá)2400 m，是目前世界上最好的暗物質(zhì)探測地下實驗環(huán)境.工作于該地下實驗室的CDEX和PandaX兩個暗物質(zhì)探測協(xié)作組公布了他們的首批探測結(jié)果.CDEX實驗采用點接觸高純鍺探測器，針對質(zhì)量在6～20 GeV的大質(zhì)量弱相互作用粒子（WIMP）進(jìn)行探測，其探測到的事件發(fā)生率高于475 eVee的分析閾值.他們的探測結(jié)果對WIMP的可能質(zhì)量區(qū)域部分給出陽性結(jié)果，也排除了部分區(qū)域，而且實際上排除了美國CoGeNT實驗給出的關(guān)于暗物質(zhì)的探測結(jié)果.PandaX實驗采用二相型氙探測器，針對低質(zhì)量區(qū)域的暗物質(zhì)候選粒子進(jìn)行探測，結(jié)果在17.4 d的有效探測時間內(nèi)沒有探測到任何可能的暗物質(zhì)事例.該實驗的探測結(jié)果優(yōu)于國際上同類型的XENON100實驗的探測結(jié)果，同時也可能排除了一些實驗所報告的可能暗物質(zhì)事例，給低質(zhì)量的暗物質(zhì)粒子設(shè)置了嚴(yán)格的限制，并給出了在49 GeV/c2質(zhì)量處暗物質(zhì)與原子核的自旋無關(guān)散射截面的最小上限為 3.7×10-44cm2.上述研究結(jié)果不僅進(jìn)一步約束了暗物質(zhì)探測區(qū)間，而且對部分其他探測實驗結(jié)果給予了檢驗.相關(guān)研究論文分別發(fā)表在2014年11月1日Physical Review D［90， 091701］［29］和2014年11月Science China：Physics， Mechanics & Astronomy［57（11）：2024-2030］［30］.

2　2014年中國重大技術(shù)進(jìn)展（10項）

2.1中國首次300 m飽和潛水海底出潛探摸作業(yè)成功

2014年1月12日，3名潛水員圓滿完成中國首次300 m飽和潛水海底出潛探摸作業(yè)，巡回深度達(dá)到313.5 m，中國由此具備了人工潛入300 m深的海底“龍宮”探寶的能力.

在北緯20°18ˊ、東經(jīng)115°09ˊ的南中國海海域，依托潛水工作母船“深潛號”，2014年1月9日13：00，交通運輸部上海打撈局6名飽和潛水員進(jìn)入生活艙里開始加壓；1月11日24：00，搭載著胡建、管猛、董猛3名潛水員的潛水鐘，開始下放到海里（圖6）；1：40、2：22、3：33，3名潛水員相繼從潛水鐘里鉆出，游到海里進(jìn)行探摸；4：29，3人完成探摸巡潛，相繼回到潛水鐘；5：09，3人乘坐潛水鐘“電梯”，安全返回到甲板上的生活艙里.

飽和潛水技術(shù)是潛水行業(yè)頂級核心技術(shù)，也是人類向海洋空間和生命極限挑戰(zhàn)的前沿技術(shù).在世界飽和潛水史上，下潛深海300 m是一道難以逾越的門檻，現(xiàn)只有少數(shù)國家掌握并進(jìn)行技術(shù)封鎖.目前世界上已有英國、美國、瑞士、挪威、法國、德國、日本、俄羅斯8國先后突破400 m深度潛水技術(shù)，其中法國潛入了600 m的深度.上海打撈局2006年11月取得100 m飽和潛水作業(yè)成功，2013年5月創(chuàng)造了海底198 m深的作業(yè)記錄；交通運輸部已將攻克500 m飽和潛水作業(yè)技術(shù)列入計劃［31，32］.

2.2中國首創(chuàng)聚酰亞胺（PI）納米纖維電池隔膜技術(shù)

2014年1月10日，江西先材納米纖維科技有限公司研發(fā)、世界首創(chuàng)的聚酰亞胺（PI）納米纖維電池隔膜技術(shù)完成實驗室研發(fā)階段，正式進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化［33］.

動力電池組是電動汽車核心部件中的核心，采用PI納米纖維隔膜制備的PI隔膜動力電池在關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)上有明顯優(yōu)勢：電池功率密度高，可提高電池的充放倍率4倍以上；使用壽命長，循環(huán)壽命提高 700%以上；發(fā)熱量低，降低電池大電流放電時的溫度；安全性好，PI隔膜能耐530℃以上高溫，當(dāng)汽車激烈碰撞導(dǎo)致電池隔膜穿孔或長期使用中產(chǎn)生“枝晶”刺穿隔膜時，電池微短路或小面積短路產(chǎn)生的局部過熱不會融化PI隔膜而導(dǎo)致穿孔面積繼續(xù)擴(kuò)張，即不會導(dǎo)致短路面積繼續(xù)擴(kuò)大而溫度失控引起電池爆炸起火.

預(yù)期PI納米纖維隔膜技術(shù)2015年產(chǎn)能將達(dá)到4000萬km2.PI納米纖維優(yōu)異的特性還可以廣泛使用在民生、環(huán)保、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防等方面［34］.

2.3成功研制國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)并首次運用于臨床

由天津大學(xué)、中南大學(xué)等單位聯(lián)合自主研發(fā)的微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)“妙手S”，于2014年3月26日、3月31日、4月2日順利完成了3例手術(shù)，標(biāo)志著該研究成果正式進(jìn)入臨床試驗階段，使中國一躍成為極少數(shù)掌握該技術(shù)從裝備研發(fā)到臨床研究的國家之一.

“妙手S”是一種全新型、具備自主知識產(chǎn)權(quán)的腔鏡輔助手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，采用主、從操作模式，配備有1個醫(yī)生操作臺和1架機(jī)器人臺車（圖7）.醫(yī)生操作臺中部，安裝有2套主操作手柄及1個控制面板，操作臺頂部集成有顯示器箱，可“觀看”實時立體的病人體內(nèi)手術(shù)場景信息.機(jī)器人臺車包括3條從機(jī)械臂，末端的“手”具有3～4個自由度，可快速“抓取”和“更換”手術(shù)器械.

與國外進(jìn)口手術(shù)機(jī)器人相比較，“妙手S”具小型化與集成化特點，系統(tǒng)調(diào)整布局優(yōu)化，結(jié)構(gòu)精巧.面向不同手術(shù)適應(yīng)癥的個性化需求，突破了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)械多自由度絲傳動解耦設(shè)計技術(shù)、從操作手的可重構(gòu)布局原理與實現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng)異體同構(gòu)控制模型構(gòu)建技術(shù)等三大關(guān)鍵問題，解決了機(jī)器人成套技術(shù)難題，達(dá)世界先進(jìn)水平［35，36］.

2.4SH6紅外雷達(dá)隱身復(fù)合多元膜研制成功

2014年4月8日，北京新三海特種材料有限責(zé)任公司宣布SH6紅外雷達(dá)隱身復(fù)合多元膜研制成功.鑒定結(jié)果表明，SH6復(fù)合多元膜可使8～40 GHz頻段內(nèi)的雷達(dá)波衰減達(dá)10～15 dB，而每平方米質(zhì)量僅為0.7 kg，還可極大降低紅外輻射波，綜合性能明顯優(yōu)于目前世界各國通用的雷達(dá)隱身涂料，將為提升軍隊作戰(zhàn)效能和極大提高武器生存能力作出貢獻(xiàn).

傳統(tǒng)雷達(dá)隱身涂料存在施工到各種武器裝備上時，涂層厚度需在1 mm以上，每平方米質(zhì)量在3～5 kg以上，存在施工周期長、涂層厚且易開裂脫落、維修困難、無法與紅外隱身材料復(fù)合使用等不足.SH6紅外雷達(dá)隱身復(fù)合多元膜由多層具有紅外和雷達(dá)隱身功能的材料經(jīng)精確計算和科學(xué)配置生成的復(fù)合材料構(gòu)成，只須將其簡單地遮蓋到各種武器裝備和軍事設(shè)施表面上，就使天空、地面上的各種紅外及雷達(dá)偵察設(shè)備無法識別和發(fā)現(xiàn)［37，38］.

2.5長征七號火箭芯一級動力系統(tǒng)首次試車成功

2014年4月19日，長征七號（CZ-7）運載火箭芯一級動力系統(tǒng)首次試車取得圓滿成功（圖8）.CZ-7火箭作為中國新一代中型運載火箭，各級均采用了新研制的液氧/煤油發(fā)動機(jī)及適應(yīng)發(fā)動機(jī)的低溫增壓輸送系統(tǒng)，具有技術(shù)新、難度大的特點.開展芯一級動力系統(tǒng)試車對確保CZ-7火箭首飛成功具有重要的意義.

4月19日16：00，CZ-7火箭芯一級動力系統(tǒng)發(fā)動機(jī)準(zhǔn)時點火，發(fā)動機(jī)工作188 s，按預(yù)定程序完成定時關(guān)機(jī).試車結(jié)束后，經(jīng)各項數(shù)據(jù)初步判定分析，本次動力試車火箭增壓輸送系統(tǒng)工作正常，控制時序正常發(fā)出，發(fā)動機(jī)按預(yù)定程序點火，工作過程參數(shù)穩(wěn)定.

芯一級動力系統(tǒng)試車是CZ-7火箭最重要的初樣大型地面試驗之一，全面考核芯一級動力系統(tǒng)設(shè)計的正確性，箭上、地面各系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)性、匹配性.CZ-7火箭箭上和地面各系統(tǒng)均參加芯一級動系統(tǒng)試車.箭上系統(tǒng)包括箭體結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、增壓輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、地面系統(tǒng)包括總控網(wǎng)系統(tǒng)、動力測控系統(tǒng)及地面發(fā)射支持系統(tǒng).箭體總長25.08 m，加注后總重約170 t［39］.

2.6“海馬號”潛水器通過海試驗收

2014年4月18日，中國自主研制的首臺4500 m級深海遙控?zé)o人潛水器作業(yè)系統(tǒng)“海馬號”通過“863計劃”海洋技術(shù)領(lǐng)域辦公室專家組的海試驗收.

“海馬號”研制是科學(xué)技術(shù)部通過“863計劃”支持的重點項目，是中國迄今自主研發(fā)的下潛深度最大、國產(chǎn)化率最高的無人遙控潛水器系統(tǒng)，并實現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)國產(chǎn)化.經(jīng)過近6年的研發(fā)攻關(guān)，該項目突破了本體結(jié)構(gòu)、浮力材料、液壓動力和推進(jìn)、作業(yè)機(jī)械手和工具、觀通導(dǎo)航、控制軟硬件、升沉補償裝置等關(guān)鍵技術(shù)，先后完成了總裝聯(lián)調(diào)、水池試驗和海上摸底試驗等工作，并針對試驗中暴露出的問題和故障進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn).

2014年2月20日至4月22日，“海馬號”搭乘“海洋六號”綜合科學(xué)考察船在南海進(jìn)行海上試驗（圖9），在3個階段的海試中，共完成17次下潛，3次到達(dá)南海中央海盆底部進(jìn)行作業(yè)試驗，最大下潛深度4502 m；完成水下布纜、沉積物取樣、熱流探針試驗、海底地震儀（OBS）海底布放、海底自拍攝、標(biāo)志物布放等多項任務(wù)，成功實現(xiàn)與水下升降裝置聯(lián)合作業(yè)，通過了定向、定高、定深航行等91項技術(shù)指標(biāo)的現(xiàn)場考核，標(biāo)志著中國掌握了大深度無人遙控潛水器的關(guān)鍵技術(shù)，并在關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化方面取得實質(zhì)性的進(jìn)展，是中國深海高技術(shù)領(lǐng)域繼“蛟龍?zhí)枴敝笥忠粯?biāo)志性成果［40，41］.

2.7高溫氣冷堆核電站主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)研制成功

2014年7月16日21時，國家科技重大專項——高溫氣冷堆核電站主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)在上海電氣鼓風(fēng)機(jī)廠完成100 h熱態(tài)滿功率連續(xù)運行考驗.主氦風(fēng)機(jī)運行功率4500 kW，工作溫度250℃，滿足位于山東榮成石島灣的20萬 kW級高溫氣冷堆核電站示范工程的技術(shù)要求.2014年8月4日，主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)在上海電氣集團(tuán)鼓風(fēng)機(jī)廠通過專家評審和鑒定（圖10）［42］.

主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)由清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院負(fù)責(zé)總體技術(shù)并提供電磁軸承，同時負(fù)責(zé)整機(jī)調(diào)試及試驗，佳木斯電機(jī)公司負(fù)責(zé)電機(jī)，上海電氣鼓風(fēng)機(jī)廠負(fù)責(zé)葉輪及整機(jī)總裝和試驗平臺，中核能源公司負(fù)責(zé)項目管理和質(zhì)保.主氦風(fēng)機(jī)樣機(jī)的研制成功是先進(jìn)核能技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新的重大成果，解決了多個重大技術(shù)問題，如主氦風(fēng)機(jī)整機(jī)的總體設(shè)計，大型氦氣置入式立式高速電動機(jī)的研制，電磁懸浮軸承支撐的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析，高性能葉輪的研制，大電流、高壓差、高電壓一回路邊界電氣貫穿件的研制，風(fēng)機(jī)球閥的研制等.

采用電磁懸浮軸承的主氦風(fēng)機(jī)利用了現(xiàn)代最新科技成果，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子重約 4 t，整個轉(zhuǎn)子由電磁懸浮軸承支承，實現(xiàn)非接觸無摩損運行，不需要潤滑油系統(tǒng).這是電磁軸承技術(shù)在世界上首次用于反應(yīng)堆設(shè)備［43］.

2.8溶液制備出高性能量子點發(fā)光二極管

浙江大學(xué)高新材料化學(xué)中心彭笑剛課題組與金一政課題組設(shè)計出一種以量子點為電致發(fā)光材料的新型 LED器件（QLED），其性能遠(yuǎn)超過了目前相關(guān)文獻(xiàn)報道的其他量子點LED，且該新型器件可以通過簡單的溶液加工路線制備得到（圖11）.相關(guān)研究論文發(fā)表在2014年11月6日Nature ［515（7525）：96-99］［44］.

新型QLED器件有望成為下一代顯示和照明技術(shù)的有力競爭者，具有非常優(yōu)異的性能和重復(fù)性，展現(xiàn)出色飽和的深紅色光發(fā)射、1.7 V的亞帶隙開啟電壓、高達(dá)20.5%的外量子效率、低效率滾降（在100 mA·cm-2電流密度下外量子效率仍高達(dá)15.1%）、在100 cd·m-2工況下超過10萬 h的長工作壽命等性能.這是迄今通過溶液制備的性能最好的紅光LED，其性能可與目前真空沉積制備的性能最好的有機(jī)LED相媲美.QLED優(yōu)異的光電子性能歸因于其在量子點層間插入絕緣層的結(jié)構(gòu)，以及其氧化物電子傳輸層優(yōu)化了器件中的電荷平衡和保持了量子點的超級發(fā)射性能等.全溶液制備的高性能量子點LED將引領(lǐng)下一代電子顯示和固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)［45］.

2.9中國首個埃博拉病毒檢測試劑獲批臨床應(yīng)用

2014年8月20日，由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所研制的“埃博拉病毒核酸檢測試劑”通過總后勤部衛(wèi)生部專家評審，獲準(zhǔn)正式生產(chǎn)［46］.

2014年11月28日，該試劑獲國家醫(yī)療器械注冊證書，標(biāo)志著該產(chǎn)品可以在有資質(zhì)的醫(yī)院等單位合法使用，為埃博拉病毒的早期診斷和防控提供了可靠的產(chǎn)品儲備.

埃博拉病毒核酸檢測試劑盒采用“復(fù)合探針”技術(shù)，利用該技術(shù)研制的甲型H1N1、H7N9流感病毒及“超級細(xì)菌”耐藥基因NDM-1等檢測試劑，都曾率先獲得軍隊特需證書或國家注冊證書，為中國新發(fā)突發(fā)傳染病的防控做出了應(yīng)有貢獻(xiàn).

埃博拉病毒屬于生物安全第四級病毒，感染致死率最高可達(dá)90%，遠(yuǎn)高于SARS病毒10%的致死率，目前既無預(yù)防疫苗也無特效治療藥物，因此早期診斷對于疫情控制異常重要.埃博拉病毒核酸檢測試劑已經(jīng)在中國赴西非移動P3實驗室檢測隊使用，成功檢測樣本近1700份，其中陽性標(biāo)本近850份.檢測結(jié)果表明，試劑在準(zhǔn)確性和靈敏性方面都十分滿意［47］.

2.10抗晚期胃癌新藥阿帕替尼正式上市

2014年12月13日，由江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司自主研發(fā)、獲國家食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的用于治療晚期胃癌的新型藥物——艾坦（阿帕替尼）正式在中國上市.

2013年全球胃癌新發(fā)病例約95萬，中國占47%.其發(fā)病率在中國惡性腫瘤中排名第2，死亡率中排名第3.約60%～80%的患者就診時已近晚期，現(xiàn)有治療手段有限，預(yù)后差，5年生存率低于20%［48］.

阿帕替尼是一個全新小分子靶向藥物，是血管內(nèi)皮生長因子受體-2（VEGFR-2）的小分子酪氨酸激酶抑制劑.通過高度選擇性競爭細(xì)胞內(nèi)VEGFR-2的ATP結(jié)合位點，阻斷下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制酪氨酸激酶的生成從而抑制腫瘤組織新血管的生成，最終達(dá)治療腫瘤的目的.阿帕替尼在顯著延長晚期胃癌患者的生存期的同時，大大減低了患者的治療費用.

阿帕替尼III期研究結(jié)果證實了阿帕替尼的有效性和安全性，且證明了它能夠為晚期胃癌患者帶來明顯的生存獲益.III期研究中的31號晚期胃癌患者已服用阿帕替尼存活44個月.阿帕替尼的問世，為胃癌標(biāo)準(zhǔn)化療失敗后患者提供新的藥物和治療方案［49］.

3　2014年中國重大工程進(jìn)展（10項）

3.1“科學(xué)”號開展西太平洋系列科考

2014年4月8日，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、中國最先進(jìn)的海洋科學(xué)綜合考察船“科學(xué)”號從青島中苑碼頭首航（圖12），搭載46名科學(xué)家和技術(shù)人員，赴熱帶西太平洋及其鄰近海域，執(zhí)行中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”的科學(xué)考察任務(wù)，2個航段共歷時35天，航程4065海里.科考隊員對熱液區(qū)及鄰近區(qū)域地形地貌信息、水體、沉積物、生物等樣品及水文和流場數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)采集.共完成25個站位的地質(zhì)采水和生物采水作業(yè)，獲得了水體不同層位的深度、溫度、鹽度、溶解氧、甲烷、濁度等理化環(huán)境參數(shù)；獲取熱液噴口及鄰近區(qū)域大型海洋生物樣品1400余頭，種類超過50種，并從熱液區(qū)底層水、沉積物、巖石及大型生物樣品中現(xiàn)場分離培養(yǎng)超過300株微生物；采集硫化物、巖石和沉積物等地質(zhì)樣品30多個.對西太平洋熱液區(qū)海域物理化學(xué)環(huán)境進(jìn)行了全面調(diào)查，成功在沖繩海槽區(qū)域找到活躍的熱液噴口（海底“黑煙囪”），并利用深海ROV對熱液噴口近海底進(jìn)行了現(xiàn)場原位觀測和取樣分析.2014年5月12日，“科學(xué)”號完成首航順利返回青島奧帆基地碼頭［50～53］.

2014年8月1日，“科學(xué)”號從青島起航，赴西熱帶太平洋海域執(zhí)行中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“主流系與西太平洋暖池變異機(jī)制及其氣候效應(yīng)”、國家海洋局全球變化與海氣相互作用專項“西太平洋西部水體綜合調(diào)查”的海上綜合調(diào)查任務(wù)，歷時82天，總航程1.08萬海里，在西太平洋關(guān)鍵海區(qū)開展系統(tǒng)的物理海洋、海面氣象、海氣邊界層等多學(xué)科綜合觀測和實驗，共完成6條斷面、85個大面綜合站位、60次湍流觀測等海洋綜合調(diào)查任務(wù)，在太平洋西邊界流關(guān)鍵海域布放17套、回收3套深海潛標(biāo).2014年10月21日，“科學(xué)”號圓滿完成西太平洋科考航次返回青島，中國首次在大洋成功大規(guī)模布放深海潛標(biāo)陣列［54～57］.

2014年12月3日，“科學(xué)”號搭載50名科學(xué)家和技術(shù)人員，從青島奧帆基地碼頭起航，赴西太平洋雅浦海山海域，執(zhí)行中國科學(xué)院海洋先導(dǎo)科技專項“深海海洋環(huán)境與特殊生態(tài)系統(tǒng)”科學(xué)考察任務(wù).本次科學(xué)考察計劃航期73天，分2個航段，預(yù)計2015年2月15日返回青島［58，59］.

“科學(xué)”號海洋科學(xué)綜合考察船是“十一五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，2007年由國家發(fā)展和改革委員會批準(zhǔn)立項，中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院設(shè)計，武昌船舶重工有限責(zé)任公司建造，2010年開工建設(shè)，總投資5.5億元人民幣，2011年11月30日順利下水，2014年4月正式投入使用，由中國科學(xué)院海洋研究所管理運行.“科學(xué)”號總長99.80 m、型寬17.80 m、型深8.90 m，總噸位4711 t，續(xù)航力1.5萬海里，自持力60 d，最大航速15.875節(jié)，定員80人.“科學(xué)”號在技術(shù)和建造方面整合了當(dāng)前海洋科學(xué)考察多學(xué)科、多領(lǐng)域的先進(jìn)裝備和信息技術(shù)集成，可進(jìn)行高精度長周期的動力環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等綜合海洋環(huán)境觀測、探測及保真取樣和現(xiàn)場分析，是中國最先進(jìn)的海洋科考船.

3.2中國“地殼一號”萬米鉆機(jī)正式開鉆

2014年5月8日，“地殼一號”萬米大陸科學(xué)鉆探專用鉆機(jī)在黑龍江省大慶市安達(dá)“松科2井”井場鉆進(jìn)深度達(dá)到1074 m.“地殼一號”的研制成功和投入使用，標(biāo)志著中國地學(xué)領(lǐng)域?qū)Φ厍蛏畈刻綔y的“入地”計劃取得階段性重大進(jìn)展.

“地殼一號”由國家深部探測技術(shù)與實驗研究專項資助，吉林大學(xué)和四川宏華集團(tuán)共同研制，2013年10月20日從四川廣漢經(jīng)過長途運輸?shù)诌_(dá)安達(dá)井場，2013年11月17日完成鉆機(jī)現(xiàn)場安裝，組裝后高65 m、重1500 t、占地1萬m2（圖13）.2014年4月10日完成鉆機(jī)現(xiàn)場調(diào)試，鉆進(jìn)能力達(dá)到1萬m，目前的最快機(jī)械鉆速達(dá)28.8 m/h，日鉆進(jìn)速度達(dá)到265 m，使中國成為繼俄羅斯、德國后，世界上第3個掌握地下萬米鉆探技術(shù)的國家［60］.

“地殼一號”負(fù)責(zé)從地球深處把巖芯提取出來，使航磁探測、物探等傳統(tǒng)手段探測不到的科研標(biāo)本得以呈現(xiàn)，本次投入使用的“松遼盆地白堊紀(jì)大陸科學(xué)鉆探”項目是中國目前唯一列入國際大陸科學(xué)鉆探計劃的工程.

“松科2井”科學(xué)鉆探工程的目標(biāo)是，獲取松遼盆地白堊系地層的完整巖芯，獲得白堊紀(jì)時期亞洲東部高分辨率氣候環(huán)境變化記錄；致力于闡明大慶油田形成的原因、過程和結(jié)果，建立支撐大慶油田未來50年發(fā)展的“金柱子”［61］.

在財政部、科學(xué)技術(shù)部支持下，深部探測技術(shù)與實驗研究專項于2008年立項，由國土資源部管理，中國地質(zhì)科學(xué)院牽頭實施，“地殼一號”是該專項自主研發(fā)的關(guān)鍵儀器設(shè)備之一.其研發(fā)采用國際先進(jìn)水平的機(jī)電數(shù)字一體化設(shè)計，具備信息化、智能化特點，可最大限度滿足鉆井新工藝的要求，全液壓頂驅(qū)裝置、全自動化擺排管裝置、高精度自動送鉆裝置是“地殼一號”的三大創(chuàng)新點［62］.

3.3中國建成100 MeV質(zhì)子回旋加速器

2014年7月4日，中核集團(tuán)中國原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)的100 MeV質(zhì)子回旋加速器首次調(diào)試出束，使中國成為少數(shù)幾個擁有新一代放射性核束加速器的國家.

100MeV質(zhì)子回旋加速器直徑6.16 m、總重量475 t，是國家重點科技工程——HI-13串列加速器升級工程的關(guān)鍵實驗設(shè)施（圖14）.HI-13串列加速器是中國20世紀(jì)80年代初從美國引進(jìn)的唯一一臺大型靜電式串列加速器.2003年7月，國防科工委批準(zhǔn)立項HI-13串列加速器升級工程，在HI-13串列加速器前端，新建1臺100 MeV、200 μA強(qiáng)流回旋加速器，一臺質(zhì)量分辨率為20000的在線同位素分離器；在HI-13串列加速器后端，新建1臺能量增益為2 MeV/q的重離子超導(dǎo)直線增能器.

在國防科工局、中核集團(tuán)的自主創(chuàng)新和協(xié)同攻關(guān)，新建的100 MeV質(zhì)子回旋加速器2012年9月開始現(xiàn)場安裝，2013年12月實現(xiàn)中心區(qū)調(diào)試出束，2014年6月具備外靶出束條件.這是中國目前自行研制的能量最高的質(zhì)子回旋加速器，也是目前國際上最大的緊湊型強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器，表明中國已經(jīng)掌握了特大型超精密的磁工藝技術(shù)、大功率高穩(wěn)定度的高頻技術(shù)、強(qiáng)流離子源與高效率注入技術(shù)等一批質(zhì)子回旋加速器核心技術(shù).

正式運行后，將主要開展國防核科學(xué)技術(shù)、放射性核束物理等基礎(chǔ)研究、核醫(yī)學(xué)與放射醫(yī)學(xué)等核技術(shù)應(yīng)用研究，還將完成與在線同位素分離器和重離子超導(dǎo)直線增能器的綜合調(diào)試，逐步形成一器多用、多器合用、多領(lǐng)域、多學(xué)科的科學(xué)研究平臺［63，64］.

3.4拉薩至日喀則鐵路開通，藏西南結(jié)束不通鐵路歷史

2014年8月15日，西藏拉薩至日喀則鐵路開通運營，首趟客車于8月16日9：00從拉薩站發(fā)出.

拉日鐵路是國家“十一五”規(guī)劃和《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的重要項目之一，也是“十二五”期間西藏自治區(qū)投資規(guī)模最大的建設(shè)項目，2010年9月26日正式開工建設(shè).

拉日鐵路是青藏鐵路的延伸線，東起青藏鐵路終點拉薩站，途經(jīng)堆龍德慶縣、曲水縣、尼木、仁布縣后抵達(dá)藏西南重鎮(zhèn)日喀則（圖15），全線設(shè)拉薩南、曲水、日喀則等14個車站，總長251 km，設(shè)計時速為120 km，年貨運量830萬t以上.

青藏高原空氣稀薄、氣壓低，燃料無法有效釋放能量，且具有紫外線強(qiáng)、長大坡道橋隧多等諸多難題.中國北車大連機(jī)輛公司針對高原運用環(huán)境和高可靠性的要求，在主傳動參數(shù)、電氣系統(tǒng)、冷卻性能、柴油機(jī)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架及司機(jī)休息室等方面對和諧N3型機(jī)車做了相應(yīng)適應(yīng)性改進(jìn)和優(yōu)化配置.在滿足青藏鐵路牽引要求的前提下，適當(dāng)進(jìn)行功率修正，加大設(shè)計余量，增強(qiáng)可靠性，開發(fā)出適應(yīng)高原氣候環(huán)境特點的高原機(jī)車.

拉日鐵路東連青藏鐵路與規(guī)劃中的拉薩至林芝鐵路，西接規(guī)劃中的鐵路聶拉木亞東口岸線，是西藏鐵路網(wǎng)承東啟西的一條重要干線.作為延伸的“天路”，拉日鐵路的開通運營，將完善西藏鐵路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改變西藏西南部地區(qū)單一依靠公路運輸?shù)木置?拉薩到日喀則的旅行時間將由現(xiàn)在公路運輸約6小時縮短為鐵路運輸2小時59分鐘［65，66］

3.5“海洋石油981”、“南海九號”完鉆，中國海域發(fā)現(xiàn)首個自營深水高產(chǎn)大氣田

2014年9月15日，中國海洋石油有限公司宣布，“海洋石油981”鉆井平臺在南海北部深水區(qū)陵水17-2測試獲得高產(chǎn)油氣流，測試日產(chǎn)天然氣56.5百萬立方英尺，相當(dāng)于9400桶油當(dāng)量.

陵水17-2構(gòu)造位于南海瓊東南盆地深水區(qū)的陵水凹陷，距海南島約150 km，平均作業(yè)水深1500 m.陵水17-2-1井由“海洋石油981”承鉆，2014年1月開鉆，2月完鉆.陵水17-2氣田是中國海域自營深水勘探的第一個重大油氣發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著中國已基本掌握自主勘探開發(fā)深水油氣資源的全套能力［67，68］.

2014年11月5日，“南海九號”承鉆的首口千米水深井在中國南海順利完鉆.陵水25-1-1井位于瓊東南盆地深水區(qū)的陵水凹陷東部，作業(yè)水深975 m，完鉆深度3930 m，是“南海九號”作業(yè)的第一口深水井，也是中國海油采用錨泊式定位進(jìn)行鉆井作業(yè)水深最深的一口井.2014年12月16日，“南海九號”承鉆的首口千米水深井成功點火放噴（圖16）［69，70］.

“海洋石油981”的最大作業(yè)水深是1500 m.“南海九號”屬于第四代鉆井平臺，設(shè)計作業(yè)水深1524 m，最大鉆井深度7620 m，適用于3000 m以內(nèi)水深作業(yè)，是除“海洋石油981”外，中國海油作業(yè)水深最大的半潛式鉆井平臺，是中國深海鉆井從淺水到超深水的戰(zhàn)略補充，標(biāo)志著中國深水鉆探能力已達(dá)到全球先進(jìn)水平.

3.6南水北調(diào)中線一期工程正式通水

2014年9月29日，南水北調(diào)中線一期工程通過全線通水驗收，具備通水條件.12月12日，南水北調(diào)中線一期工程渠首打開丹江口水庫閘門正式放水.12月27日，南水北調(diào)中線一期工程總干渠終點團(tuán)城湖明渠開閘放水，南水北調(diào)一期工程北京市通水成功（圖17）.

作為緩解北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺局面的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，南水北調(diào)工程規(guī)劃分東、中、西3條線路從長江調(diào)水，橫穿長江、淮河、黃河、海河四大流域，總調(diào)水規(guī)模448億m3，供水面積達(dá)145萬km2，受益人口4.38億人.先期實施東線、中線一期工程，東線一期工程已于2013年通水.

南水北調(diào)中線工程從丹江口水庫調(diào)水，從淅川陶岔渠首引水，沿線開挖渠道，沿京廣鐵路北上流到北京、天津.規(guī)劃分兩期建設(shè)，先期實施中線一期工程.中線一期工程于2003年12月開工建設(shè)，總投資2013億元人民幣，輸水干線全長1432 km，工程總投資2013億元.根據(jù)規(guī)劃，中線一期工程多年平均年調(diào)水量95億m3，向沿線19個大中城市及100多個縣（縣級市）提供生活、工業(yè)用水，兼顧農(nóng)業(yè)用水，緩解北京、天津、河北、河南等地區(qū)的嚴(yán)重水荒［71～73］.

3.7探月工程三期再入返回飛行試驗獲圓滿成功

2014年11月1日6：42，探月工程三期再入返回飛行試驗返回器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域順利著陸.這是中國航天器第一次在繞月飛行后再入返回地球，也是世界上成功回收繞月飛行器的第3個國家，標(biāo)志著中國已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關(guān)鍵技術(shù)，為確?！版隙鹞逄枴比蝿?wù)順利實施和探月工程持續(xù)推進(jìn)奠定了堅實基礎(chǔ).

10月24日2：00，中國自行研制的探月工程三期再入返回飛行試驗器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入近地點高度為209 km、遠(yuǎn)地點高度41.3萬km的地月轉(zhuǎn)移軌道.在北京航天飛行控制中心的精確控制下，試驗器成功實施2次軌道修正，于10月27日飛抵月球引力影響球，開始月球近旁轉(zhuǎn)向飛行.10月28日，試驗器完成月球近旁轉(zhuǎn)向飛行，進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道.10月30日再次成功實施1次軌道修正后重返地球.

探月工程由國家國防科技工業(yè)局牽頭組織實施.本次是中國探月工程三期一次重要的驗證飛行試驗，主要目的是突破和掌握探月航天器再入返回的關(guān)鍵技術(shù)，為“嫦娥五號”任務(wù)提供技術(shù)支持.試驗任務(wù)由飛行試驗器、運載火箭、發(fā)射場、測控與回收四大系統(tǒng)組成.飛行試驗器由中國航天科技集團(tuán)公司空間技術(shù)研究院研制，由服務(wù)艙、返回器2部分組成，服務(wù)艙以“嫦娥二號”衛(wèi)星平臺為基礎(chǔ)研制，具備留軌開展科研試驗功能；返回器為新研產(chǎn)品，具備返回著陸功能.用于發(fā)射任務(wù)的長征三號丙運載火箭由中國航天科技集團(tuán)公司運載火箭技術(shù)研究院為主研制，在以往基礎(chǔ)上進(jìn)行了多項技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步提高了可靠性和安全性［74～76］.

11月1日，探月工程三期再入返回飛行器服務(wù)艙與返回器在距地面高約5000 km處正常分離后，經(jīng)過2次軌道控制，返回到遠(yuǎn)地點54萬km、近地點600 km的大橢圓軌道，開展拓展試驗任務(wù)（圖18）［77］.

服務(wù)艙拓展試驗主要包括地月 L2點軌道飛行試驗，傾斜環(huán)月軌道近月制動飛行驗證，月球軌道交會對接遠(yuǎn)程導(dǎo)引飛行過程驗證，環(huán)月圓軌道演化特性和軌道環(huán)境探測.還將對服務(wù)艙搭載的GPS、格洛納斯兼容導(dǎo)航接收機(jī)，雙分辨率相機(jī)，GNC（制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制）中心控制單元，小型星敏感器和星敏防塵機(jī)構(gòu)等設(shè)備進(jìn)行在軌試驗.

服務(wù)艙于11月27日進(jìn)入地月L2點的環(huán)繞軌道，11月28日實施了該點繞飛期間首次軌道維持控制，開展關(guān)于地月L2點軌道設(shè)計、控制策略及測定軌支持等方面的飛行試驗.2015年1月上旬離開地月L2點飛向月球；1月中旬實施近月制動進(jìn)入環(huán)月軌道；2月、3月各開展一次交會對接遠(yuǎn)程導(dǎo)引試驗；4月實施對月成像，拍攝預(yù)設(shè)采樣著陸區(qū)形貌.此后視情研究后續(xù)試驗或處置方案［78］.

3.8川藏電力聯(lián)網(wǎng)工程投運

2014年11月20日，川藏電力聯(lián)網(wǎng)工程正式投運，結(jié)束了西藏昌都電網(wǎng)長期孤網(wǎng)運行的歷史.

川藏聯(lián)網(wǎng)工程連接西藏昌都電網(wǎng)與四川電網(wǎng)，線路東起四川甘孜藏族自治州的鄉(xiāng)城縣，途經(jīng)巴塘縣，西至西藏昌都；新建巴塘、昌都2座500 kV變電站和邦達(dá)、玉龍2座220 kV變電站，新建昌都—巴塘—鄉(xiāng)城雙回500 kV、昌都—玉龍雙回、昌都—邦達(dá)雙回220 kV線路，全長1521 km，總投資達(dá)66.3億元.不僅為西藏昌都和四川甘孜西南部地區(qū)提供現(xiàn)實的電力保障，更助力當(dāng)?shù)匚磥硭婇_發(fā).

川藏聯(lián)網(wǎng)工程地處川藏高原腹地，穿越高海拔、低氣溫?zé)o人區(qū)和“三江”斷裂帶，沿線高寒缺氧、地質(zhì)復(fù)雜、凍土廣布，是世界上迄今建設(shè)難度最大的輸變電工程［79］.

國網(wǎng)公司組織40多家參建單位、2萬余名建設(shè)者，經(jīng)過15個月艱苦卓絕的努力，突破了高原生理健康保障、超長距離及大落差山地物料運送、凍土基礎(chǔ)施工、生態(tài)脆弱地區(qū)環(huán)境保護(hù)和5次跨越金沙江等一系列技術(shù)瓶頸，建成繼青藏聯(lián)網(wǎng)工程后的又一條世界上最具挑戰(zhàn)性的“電力天路”（圖19）.

3.9西電東送標(biāo)志性工程——錦屏水電站建成投產(chǎn)

2014年11月29日，“西電東送”標(biāo)志性工程——錦屏水電站14臺60萬kW機(jī)組全部投產(chǎn).

錦屏水電站位于四川省涼山彝族自治州，包括錦屏一級和錦屏二級水電站，總裝機(jī)840萬kW，是雅礱江上裝機(jī)規(guī)模最大的水電站.

錦屏一級水電站工程總投資約246億元，于2005年11月12日正式開工，壩高305 m，壩型為混凝土雙曲拱壩，是目前世界上最高的雙曲薄拱壩（圖20），水庫正常蓄水位1880 m，總庫容77.6億m3，電站裝機(jī)6臺，單機(jī)容量600 MW，總裝機(jī)容量360萬kW，多年平均年發(fā)電量166.2億kW·h，于2013年8月30日首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2014年7月12日全面投產(chǎn).

錦屏二級水電站壩址位于錦屏一級水電站下游7.5 km，2007年正式開工，總工期8年3個月，總投資222.5億元.樞紐建筑主要由攔河低閘、泄水建筑、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，4條引水隧洞平均長約16.6 km，開挖洞徑12 m，為世界第一水工隧洞.水庫正常蓄水位1646m，總庫容1428萬m3，安裝8臺600 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量480萬kW，多年平均年發(fā)電量242.3億kW·h，首臺機(jī)組于2012年12月30日投產(chǎn)發(fā)電.至2014年12月，錦屏水電站已累計發(fā)電470億kW·h，其中送華東電量約280億kW·h，是川電東送的主要電源點之一.

錦屏水電站具有世界最高混凝土拱壩，高山峽谷、高邊坡、高地應(yīng)力、高壓大流量地下水、深部卸荷裂隙等特點，為工程設(shè)計、施工和建成后管理帶來一系列世界級難題.中國水電界在錦屏水電站建設(shè)上攻堅克難，帶動諸多學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展［80］.

3.10蘭新、貴廣、南廣3條高鐵開通運營

2014年12月26日，中國3條重要高鐵干線——蘭新高鐵、貴廣高鐵、南廣高鐵開通運營（圖21）［81］.

2014年12月26日，經(jīng)過5年艱苦奮戰(zhàn)，目前世界上一次建設(shè)里程最長的高速鐵路——蘭新高鐵全線通車運營，從蘭州至烏魯木齊最快僅需11小時50分.

蘭新高鐵是中國首條在高原、高海拔和戈壁荒漠地區(qū)修建的高速鐵路，自蘭州西站引出，經(jīng)青海省西寧，甘肅省張掖、酒泉、嘉峪關(guān)，新疆維吾爾自治區(qū)哈密、吐魯番，引入烏魯木齊南站，共設(shè)21個客運車站，全長1776 km，于2009年11月開工建設(shè)，總投資約1435億元，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙線電氣化國鐵Ⅰ級客運專線，設(shè)計時速為200 km.蘭新高鐵是國家《“十二五”綜合交通體系規(guī)劃》中的區(qū)際交通網(wǎng)絡(luò)重點工程，是中國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》重點項目，為西部大開發(fā)計劃新開工18項重點工程之一［82］.

2014年12月26日，貴廣鐵路、南廣鐵路正式全線運營.

貴廣高鐵由中國鐵路總公司和粵黔桂三省政府合資建設(shè)，總投資約918.19億元，2008年10月13日開工建設(shè)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是雙線電氣化客運專線，設(shè)計時速為30 km，全長861.7 km，其中橋梁210 km，隧道209個、長度456.022 km，設(shè)貴陽北、三都縣、賀州、廣寧、廣州南等20個車站.

南廣高鐵由鐵道部與廣西壯族自治區(qū)、廣東省共同出資建設(shè)，總投資約226億元人民幣，為雙線電氣化國家I級鐵路，于2008年11月9日正式開工，全長577.1 km，設(shè)計時速為250 km，全線設(shè)南寧、南寧東、梧州南、云浮東、廣州南等13個客運車站.

貴廣高鐵、南廣高鐵是《國家鐵路中長期規(guī)劃》、《國家鐵路“十一五”規(guī)劃》的重要項目之一，也是中國中西部鐵路建設(shè)的重點工程.

（責(zé)任編輯王帥帥）

*摘編自《科技導(dǎo)報》2015年33卷2期14～27頁