2021年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展

●進(jìn)展一：火星探測(cè)任務(wù)天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星

2021年5月15日7時(shí)18分，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星取得成功。天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器著陸火星，是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)地外行星著陸，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步，實(shí)現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，使我國(guó)成為第二個(gè)成功著陸火星的國(guó)家，是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的又一具有里程碑意義的進(jìn)展。

●進(jìn)展二：中國(guó)空間站天和核心艙成功發(fā)射，神舟十二號(hào)、十三號(hào)載人飛船成功發(fā)射并與天和核心艙成功完成對(duì)接

2021年4月29日，中國(guó)空間站天和核心艙在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，任務(wù)取得成功。6月17日，神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)射成功，并與天和核心艙成功完成對(duì)接，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員送入太空，這是天和核心艙發(fā)射入軌后，首次與載人飛船進(jìn)行的交會(huì)對(duì)接。10月16日，神舟十三號(hào)載人飛船發(fā)射成功，并采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式成功對(duì)接于天和核心艙，順利將翟志剛、王亞平、葉光富3位航天員送入太空，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)載人飛船在太空的首次徑向交會(huì)對(duì)接。

天和核心艙發(fā)射成功，標(biāo)志著我國(guó)空間站建造進(jìn)入全面實(shí)施階段，為后續(xù)任務(wù)展開(kāi)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，這也標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入太空站時(shí)代。

●進(jìn)展三：從二氧化碳到淀粉的人工合成

淀粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。2021年，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的研究人員報(bào)道了由11步核心反應(yīng)組成的人工淀粉合成途徑（簡(jiǎn)稱(chēng)ASAP），該途徑在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳和氫氣到淀粉分子的人工全合成。在氫氣驅(qū)動(dòng)下，ASAP將二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉分子的速度比玉米淀粉合成速度高8.5倍;ASAP淀粉合成的理論能量轉(zhuǎn)化效率為7%，是玉米等農(nóng)作物的3.5倍。該成果不依賴(lài)植物光合作用，通過(guò)從頭設(shè)計(jì)二氧化碳到淀粉合成的非自然途徑，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工全合成。

●進(jìn)展四：嫦娥五號(hào)月球樣品揭示月球演化奧秘

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的研究人員和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的研究人員對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖進(jìn)行了細(xì)致地研究。結(jié)果顯示，嫦娥五號(hào)玄武巖形成于20.30±0.04億年，確證月球的火山活動(dòng)可以持續(xù)到20億年前，比以往月球樣品限定的火山活動(dòng)延長(zhǎng)了約8億年。這一結(jié)果對(duì)未來(lái)的月球探測(cè)和研究提出了新的方向。

●進(jìn)展五：揭示新型冠狀病毒逃逸抗病毒藥物機(jī)制

不斷出現(xiàn)的新冠病毒突變株對(duì)當(dāng)前已有的疫苗等抗病毒手段提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟需發(fā)展能有效應(yīng)對(duì)各型突變株的廣譜藥物（能抵抗更多細(xì)菌的藥物）。由清華大學(xué)婁智勇、饒子和以及上?？萍即髮W(xué)高巖團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)的研究，揭示了新冠病毒逃逸抗病毒藥物的機(jī)制（逃逸機(jī)制是指病毒能夠逃過(guò)人體的特異性免疫，使曾經(jīng)打過(guò)疫苗的人也會(huì)被再次感染的一種機(jī)制），本項(xiàng)科學(xué)進(jìn)展為發(fā)展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了新的思路。為優(yōu)化抗病毒藥物提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

●進(jìn)展六：FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本

快速射電暴（FRB）是無(wú)線電波段宇宙最明亮的爆發(fā)現(xiàn)象。FRB 121102是人類(lèi)所知的第一個(gè)重復(fù)快速射電暴，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李菂等研究人員使用“中國(guó)天眼”FAST成功捕捉到FRB 121102的極端活動(dòng)期，最劇烈時(shí)段達(dá)到每小時(shí)122次爆發(fā)，累計(jì)獲取了1652個(gè)高質(zhì)量的爆發(fā)信號(hào)，構(gòu)成目前最大的FRB爆發(fā)事件集合。

●進(jìn)展七：實(shí)現(xiàn)高性能纖維鋰離子電池規(guī)模化制備

由于鋰離子電池的性能優(yōu)越，鋰離子電池越來(lái)越多被運(yùn)用到生產(chǎn)生活當(dāng)中，因此人們對(duì)鋰離子電池也有了更高的要求，如希望電池“小而大”，即體積越做越小，但能量存儲(chǔ)反而更大，此外，為了讓鋰離子電池應(yīng)用范圍更廣，人們還希望它可以更軟，更靈活一些。來(lái)自復(fù)旦大學(xué)的彭慧勝、陳培寧等研究人員發(fā)現(xiàn)，纖維鋰離子電池的內(nèi)阻隨長(zhǎng)度增加并不增大，反而先下降后趨于穩(wěn)定。

在此理論指導(dǎo)下構(gòu)建的纖維鋰離子電池具有優(yōu)異且穩(wěn)定的電化學(xué)性能，且彎折10萬(wàn)次后容量保持率超過(guò)80%。該團(tuán)隊(duì)建立的世界上首條纖維鋰離子電池生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了能連續(xù)化生產(chǎn)和編織的纖維電池，且穩(wěn)定性和安全性更加優(yōu)異。

●進(jìn)展八：可編程二維62比特超導(dǎo)處理器“祖沖之號(hào)”的量子行走

2021年，中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院的潘建偉、朱曉波、彭承志等人員組成的研究團(tuán)隊(duì)，成功研制了62比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。

這個(gè)科學(xué)進(jìn)展有多厲害呢？研究團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，“祖沖之號(hào)”在1.2小時(shí)內(nèi)完成的采樣任務(wù)，用最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)至少需要8年的時(shí)間才能完成。也就是說(shuō)，這個(gè)進(jìn)展為探索更復(fù)雜更困難的算法打開(kāi)了新大門(mén)。

量子計(jì)算機(jī)是一種處理和計(jì)算量子信息，運(yùn)行的是量子算法的裝置，具有運(yùn)行速度較快、處置信息能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。一般情況下，計(jì)算機(jī)只能運(yùn)行一個(gè)任務(wù)，而量子計(jì)算機(jī)一次可執(zhí)行多個(gè)指令的算法，也就是并行運(yùn)算。

量子計(jì)算機(jī)可為人工智能、密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、資源勘探、藥物設(shè)計(jì)等所需的大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案。

●進(jìn)展九：自供電軟機(jī)器人成功挑戰(zhàn)馬里亞納海溝

深海地區(qū)探索難度大，因此一直是人類(lèi)探索的未知領(lǐng)域。深海環(huán)境壓強(qiáng)極高，在那里工作的機(jī)械系統(tǒng)一般需要足夠“硬”的“身體條件”和足夠強(qiáng)的壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。但是，科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)，深海生物（如水母）并沒(méi)有龐大或厚重的耐壓身體，卻依然能夠在海洋極深處存活。受到深海獅子魚(yú)身體構(gòu)造的啟發(fā)，來(lái)自浙江大學(xué)的李鐵風(fēng)和同事開(kāi)發(fā)了一個(gè)能進(jìn)行深?？碧降能涹w機(jī)器人。和那些依賴(lài)剛性笨重身體移動(dòng)的游泳機(jī)器人不同，這個(gè)機(jī)器人的電子元器件被分散排布，封裝在一種柔性有機(jī)硅材料中。這個(gè)機(jī)器人在馬里亞納海溝最深10900米處和南海最深3224米處進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中都展示了極好的耐壓和游泳性能。這項(xiàng)研究大幅降低了深海機(jī)器人的重量及經(jīng)濟(jì)成本，推動(dòng)了軟體機(jī)器人在深海工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

●進(jìn)展十：揭示鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線成因和長(zhǎng)距離遷徙關(guān)鍵基因

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物所詹祥江等研究人員歷時(shí)12年，利用衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和基因組信息，建立了一套北極游隼遷徙研究系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)游隼主要使用5條路線穿越亞歐大陸，西部游隼表現(xiàn)為短距離遷徙，東部為長(zhǎng)距離遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，冰川消退所導(dǎo)致的繁殖和越冬地變遷，可能是遷徙路線形成的主要?dú)v史原因。研究還發(fā)現(xiàn)遷徙距離更長(zhǎng)的游隼攜帶的一種基因與長(zhǎng)時(shí)記憶形成有關(guān)，表明長(zhǎng)時(shí)記憶可能是鳥(niǎo)類(lèi)長(zhǎng)距離遷徙的重要基礎(chǔ)。

“遷徙生物如何發(fā)現(xiàn)其遷徙路線”一直是社會(huì)和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的議題，也是《科學(xué)》雜志提出的125個(gè)最具挑戰(zhàn)性科學(xué)問(wèn)題之一。該研究結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等研究手段，通過(guò)多學(xué)科整合分析方法闡明了鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線變遷成因和遺傳基礎(chǔ)。402BF623-15ED-4397-BAD4-FC93D46C46E9