2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)大獎(jiǎng)放出，讀懂背后的江蘇科技力量

冉浩 白玉磊

2019年1月8日，2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京舉行。大會(huì)對(duì)我國(guó)2018年的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行了總結(jié)，共評(píng)選出了285個(gè)項(xiàng)目（人選）。其中，國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)38項(xiàng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)67項(xiàng)，國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)173項(xiàng)。此外，中華人民共和國(guó)國(guó)際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)授予簡(jiǎn)迪安米勒等5人。最重量級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)——國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，授予了哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉永坦院士和中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué)錢七虎院士。而且，這次江蘇的表現(xiàn)依然亮眼，得獎(jiǎng)數(shù)量雄踞各省頭把交椅。讓我們一起來盤點(diǎn)一下吧。

【國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)得主風(fēng)采】

劉永坦院士：讓海防雷達(dá)看得更遠(yuǎn)

雷達(dá)，是一個(gè)音譯的名詞，它來自英文單詞“Radar”，它的含義是“無線電探測(cè)和測(cè)距”。雷達(dá)的原理似乎并不復(fù)雜，發(fā)出的無線電波被物體反射回來，然后據(jù)此來獲取目標(biāo)的大小、位置、運(yùn)動(dòng)軌跡等信息。然而，實(shí)現(xiàn)起來并不容易，特別在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，普通型號(hào)的雷達(dá)是無法完全滿足國(guó)防需求的。為此，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士劉永坦領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了一系列新體制雷達(dá)。

無線電波是直線傳播的，而地球是圓的，地平線會(huì)遮擋另一側(cè)的物體，因此要想探測(cè)得遠(yuǎn)，就只有盡可能把雷達(dá)建造得高一些。這在陸地上還好辦，但如果是監(jiān)測(cè)海洋國(guó)土，那就力不從心了。高頻地波超視距雷達(dá)改變了這一狀況。它利用高頻電磁波在導(dǎo)電海洋表面?zhèn)鞑r(shí)衰減較小的特點(diǎn)，發(fā)送特定波段，讓電磁波“貼著海面”前進(jìn)，探測(cè)距離可達(dá)200～400千米，是傳統(tǒng)雷達(dá)的好幾倍。與此同時(shí)，它還可以有效地發(fā)現(xiàn)超低空飛行的飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈。這其中涉及到了復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，要知道，海面產(chǎn)生的各種背景干擾，要比空中多得多。高頻地波雷達(dá)也可與另一種新體制雷達(dá)——天波雷達(dá)聯(lián)合使用，對(duì)海監(jiān)視距離擴(kuò)展至近千千米，真正完成了海域全覆蓋。

正是有了以劉永坦院士為代表的一批雷達(dá)專家，我國(guó)才構(gòu)建起了天地海的立體雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)，捍衛(wèi)著祖國(guó)的疆域。

錢七虎院士：國(guó)家堅(jiān)盾的鑄造者

矛與盾，是世間永恒的話題。如果說武器是國(guó)家的矛，那防護(hù)工程就是國(guó)家的盾，中國(guó)工程院院士錢七虎則是國(guó)家堅(jiān)盾的鑄造者。他是國(guó)際巖石力學(xué)的頂級(jí)專家，是中國(guó)現(xiàn)代防護(hù)工程理論的奠基人，同時(shí)，也是中國(guó)防護(hù)工程學(xué)科和人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)造者。

從20世紀(jì)五六十年代開始，我國(guó)就面臨著核打擊的威脅。錢七虎扛起了鑄就我國(guó)防護(hù)工程的重任。他使用先進(jìn)的計(jì)算理論和設(shè)備，成功設(shè)計(jì)出當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)跨度最大、抗力最高的飛機(jī)洞庫防護(hù)門，創(chuàng)造性地提出了建設(shè)深地下防護(hù)工程的總體構(gòu)想，構(gòu)建出了破碎區(qū)受限內(nèi)摩擦模型等計(jì)算理論和防護(hù)技術(shù)，為我國(guó)戰(zhàn)略工程安上了“金鐘罩”?！拔覀兊姆雷o(hù)工程就是要抗擊炮彈、炸彈、原子彈、氫彈打擊，抗擊它的是國(guó)防人防工程。”“我們的防護(hù)工程不僅能防當(dāng)代的，也能防未來可能的敵戰(zhàn)略武器打擊，什么鉆地彈來了都不怕?！边@不僅是一位科學(xué)家的豪氣，更是一個(gè)國(guó)家的底氣。

和平年代，錢七虎仍以耄耋之軀，肩挑國(guó)家重任，南水北調(diào)、西氣東輸、能源儲(chǔ)備、地下工程、港珠澳大橋，總能看到他的身影。1992年，他在珠海主持定向爆破炮臺(tái)山，1.2萬噸炸藥在38秒內(nèi)分33批精確起爆，至今仍保持世界最大爆炸當(dāng)量的爆破紀(jì)錄。2008年，他主導(dǎo)建成南京長(zhǎng)江隧道盾構(gòu)，隧道全長(zhǎng)6042米，助力成就“萬里長(zhǎng)江第一隧”。2017年，他發(fā)現(xiàn)港珠澳大橋沉管隧道合龍中的計(jì)算錯(cuò)誤問題，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)重新計(jì)算、提出建議，確保這一世界最大的沉管隧道安裝成功。他還進(jìn)行了城市地上地下空間一體化規(guī)劃的理論體系和實(shí)踐探索，先后參與組織編制了20多個(gè)重點(diǎn)設(shè)防城市的地下空間規(guī)劃。他的人防理念，事實(shí)上已經(jīng)滲透到居民住宅、地鐵線路等，和我們很多人每天的生活息息相關(guān)。

【必須要說的國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)—等獎(jiǎng)】

實(shí)驗(yàn)室里做出來的“諾獎(jiǎng)級(jí)成果”

在本次大會(huì)上，清華大學(xué)副校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士薛其坤主持完成的“量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，獲得了唯一的國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，量子霍爾效應(yīng)是一個(gè)非常重要的研究方向。你一定注意過這樣的現(xiàn)象，在我們使用計(jì)算機(jī)、手機(jī)的時(shí)候，會(huì)遇到發(fā)熱、能量損耗和變慢等問題。這是因?yàn)樵诔B(tài)下，電路中的電子在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候沒有固定的軌跡，會(huì)發(fā)生各種碰撞，從而產(chǎn)生能量的損耗。

而量子霍爾效應(yīng)則可以為電子們制定規(guī)則，讓它們?cè)诟髯缘呐艿郎瞎P直前進(jìn)，這就好比把熙熙攘攘的商業(yè)街變成了各行其道的高速公路，其對(duì)設(shè)備的優(yōu)化作用是不言而喻的。然而，要實(shí)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)的條件很苛刻，它需要非常強(qiáng)大的磁場(chǎng)，用于制造磁場(chǎng)的設(shè)備不僅龐大，而且相當(dāng)昂貴。如果能不受限制地實(shí)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)，該多好??！

這種不需要強(qiáng)磁場(chǎng)，甚至是零磁場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)的“不一般的”量子霍爾效應(yīng)，就被稱為量子反?；魻栃?yīng)。從1988年開始，無數(shù)物理學(xué)家投入其中，開始尋找實(shí)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)的現(xiàn)實(shí)可能。進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)斯坦福大學(xué)的張首晟教授領(lǐng)導(dǎo)的理論組成功地預(yù)言了二維拓?fù)浣^緣體中的量子自旋霍爾效應(yīng)，并于2008年指出了在磁性摻雜的拓?fù)浣^緣體中實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的新方向。2010年，我國(guó)理論物理學(xué)家方忠、戴希等與張首晟教授合作，提出磁性摻雜的三維拓?fù)浣^緣體有可能是實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的最佳體系。這個(gè)方案引起了廣泛關(guān)注，多個(gè)世界一流的研究組沿著這個(gè)思路在實(shí)驗(yàn)中尋找量子反?；魻栃?yīng)，但一直沒有取得突破。

而由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜，清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理所和斯坦福大學(xué)研究人員聯(lián)合組成的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近4年的研究，最終利用分子束外延方法，制備出了高質(zhì)量的拓?fù)浣^緣體磁性薄膜，并在極低溫輸運(yùn)測(cè)量裝置上成功觀測(cè)到了量子反?；魻栃?yīng)。

這是中國(guó)科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)中獨(dú)立觀測(cè)到的一個(gè)重要物理現(xiàn)象，也是物理學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的一項(xiàng)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。它是一項(xiàng)里程碑式的工作，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主楊振寧教授評(píng)價(jià)其為“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的發(fā)現(xiàn)”。

【江蘇獲獎(jiǎng)項(xiàng)目解讀】

大獎(jiǎng)背后的江蘇科技力量

在本次大會(huì)上，江蘇共在50項(xiàng)通用項(xiàng)目中獲獎(jiǎng)，包括自然科學(xué)獎(jiǎng)5項(xiàng)、技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)8項(xiàng)、科技進(jìn)步獎(jiǎng)37項(xiàng)。讓我們盤點(diǎn)其中的一些獎(jiǎng)項(xiàng)，一起來解讀一下它們和我們生活之間的關(guān)系。

為山川大地安上“神經(jīng)系統(tǒng)”

名稱：地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

獎(jiǎng)項(xiàng)：國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

我國(guó)是一個(gè)地形多樣、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家，但是在地質(zhì)監(jiān)測(cè)方面還存在很多不足。南京大學(xué)主持完成的這一項(xiàng)目在地質(zhì)工程災(zāi)害機(jī)理和理論判據(jù)方面取得了新突破，該項(xiàng)目以光纖為基礎(chǔ)，可以在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)多點(diǎn)、散布傳感器，讓一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖，根據(jù)不同地質(zhì)環(huán)境和多場(chǎng)監(jiān)測(cè)要求，穿上各種“定制的外衣”，變成敏感的“大地感知神經(jīng)”，使得大地一有災(zāi)害異動(dòng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能立刻發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，精準(zhǔn)預(yù)警。項(xiàng)目研制的30余種傳感光纜，全部屬于原創(chuàng)性成果，為地質(zhì)工程監(jiān)測(cè)提供了堅(jiān)韌而敏感的“神經(jīng)”。

經(jīng)鑒定，這一項(xiàng)目已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，目前已有40多種產(chǎn)品推向市場(chǎng)，并在南水北調(diào)、三峽庫區(qū)、錦屏電站、青藏鐵路、故宮城臺(tái)、長(zhǎng)三角地區(qū)地面沉降等200多個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，部分產(chǎn)品還出口英國(guó)、美國(guó)、意大利、馬來西亞等國(guó)家。

讓材料也可以被編程

名稱：新型微波超材料對(duì)空間波和表面等離激元波的自由調(diào)控或?qū)崟r(shí)調(diào)控

獎(jiǎng)項(xiàng)：國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)

超材料是具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料是自然界中沒有的，我們可以通過設(shè)計(jì)材料的微觀結(jié)構(gòu)來定制它的性質(zhì)，從而得到全新的物理現(xiàn)象或材料性質(zhì)。這是一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，代表著未來科技的發(fā)展方向。近年來，超材料領(lǐng)域內(nèi)取得了一些進(jìn)展，但仍存在一些瓶頸問題。

東南大學(xué)崔鐵軍教授團(tuán)隊(duì)利用數(shù)字對(duì)超材料進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波（含光波）的實(shí)時(shí)控制，構(gòu)建了數(shù)字編碼和現(xiàn)場(chǎng)可編程材料的新體系，開創(chuàng)了光學(xué)研究和應(yīng)用的新領(lǐng)域。該成果在2016年被《中國(guó)激光》評(píng)選為“全球光學(xué)十大科研突破”，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)科學(xué)家在超材料領(lǐng)域從跟跑到并跑、再到局部領(lǐng)跑的變化。解碼癌癥發(fā)病的基因機(jī)制名稱：中國(guó)人群肺癌遺傳易感新機(jī)制獎(jiǎng)項(xiàng)：國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)肺癌的發(fā)病人數(shù)超過70萬，死亡人數(shù)超過60萬，發(fā)病和死亡數(shù)均位居所有腫瘤疾病的首位。圍繞著中國(guó)人群肺癌遺傳易感機(jī)制，南京醫(yī)科大學(xué)沈洪兵教授團(tuán)隊(duì)開展了中國(guó)唯一、亞洲最大的大樣本多中心肺癌易感基因組學(xué)研究，收集9700余例肺癌病例和超過1萬例的對(duì)照，應(yīng)用高密度全基因組芯片和系統(tǒng)的生物信息學(xué)分析，首次建立了我國(guó)人群肺癌分子遺傳圖譜。

該項(xiàng)目新發(fā)現(xiàn)了21個(gè)肺癌易感基因及兩種遺傳易感模式，且與歐美的高加索裔人群存在種族差異;發(fā)現(xiàn)肺癌易感基因MHC和CTLA-4變異調(diào)控T細(xì)胞活化，揭示了T細(xì)胞活化影響腫瘤易感性的共同遺傳學(xué)機(jī)制;發(fā)現(xiàn)了遺傳變異調(diào)控miRNA表達(dá)與成熟影響肺癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，建立了肺癌早期診斷與預(yù)后預(yù)測(cè)新方法，為推動(dòng)我國(guó)腫瘤精準(zhǔn)防治作出了突出貢獻(xiàn)。

從量子層面解讀摩擦

名稱：摩擦界面的聲子傳遞理論與能量耗散模型

獎(jiǎng)項(xiàng)：國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)

摩擦發(fā)熱以及熱量傳遞，是物理學(xué)中最普遍的現(xiàn)象之一，全世界三分之一的一次性能源消耗來自摩擦過程。因此，了解摩擦原理、控制摩擦，對(duì)提高機(jī)械效率、節(jié)約能源具有重要意義。而摩擦界面的性質(zhì)，不僅決定摩擦系數(shù)的大小，同樣也決定熱傳遞的效率。聲子，是固體理論的重要概念，用來描述晶格的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，它不是一個(gè)真正的粒子，但屬于玻色子，它可以產(chǎn)生和消滅，有相互作用的聲子數(shù)量并不守恒。

東南大學(xué)陳云飛教授團(tuán)隊(duì)的研究，給出了原子尺度下摩擦的耗能模型，發(fā)現(xiàn)了摩擦耗能與聲子主導(dǎo)的頻率之間的定量關(guān)系，在國(guó)際上最先給出多層膜導(dǎo)熱系數(shù)最小值出現(xiàn)的條件，成為國(guó)際同行尋找多層膜導(dǎo)熱系數(shù)最小值的一個(gè)通用方法。陳云飛教授團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)將為工程上實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的主動(dòng)調(diào)控提供可能。

助推國(guó)家高超聲速飛行器

名稱：新型發(fā)動(dòng)機(jī)非常規(guī)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)

獎(jiǎng)項(xiàng)：國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)

排氣系統(tǒng)是航空航天推進(jìn)器的重要組成部分，對(duì)其推進(jìn)效率、工作范圍等均有重要影響。近年來，高超聲速成為航空航天的戰(zhàn)略發(fā)展方向和各國(guó)竟相研究的熱點(diǎn)，作為高超聲速飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，排氣系統(tǒng)所面臨的特殊難題逐漸顯現(xiàn)。

針對(duì)這一排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題，南京航空航天大學(xué)徐驚雷教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家相關(guān)科技工程以及國(guó)家自然科學(xué)基金等的大力支持下，經(jīng)過18年的基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，終于突破了系列關(guān)鍵技術(shù)難題，創(chuàng)新性地提出了多種復(fù)雜三維非對(duì)稱噴管型面的設(shè)計(jì)方法，并解決了全速域飛行器所必需的組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。該成果具有重要的科學(xué)研究和國(guó)防應(yīng)用價(jià)值。

除了以上這些，江蘇值得一提的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目還有很多，如東南大學(xué)的“城市多模式公交網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)與智能服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”、南京航空航天大學(xué)的“動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障診斷與可靠容錯(cuò)控制”、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司的“國(guó)家工頻高電壓全系列基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)裝置關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”等，都已經(jīng)或?qū)⒁谖覀兊膰?guó)防、生產(chǎn)和生活中發(fā)揮重要的作用。