向“新”而行的2024

2024年，中國科技界捷報(bào)頻傳，大國重器亮點(diǎn)紛呈，科技成果競相涌現(xiàn)。從全球最大26兆瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下線，到自主研制的300兆瓦級F級重型燃?xì)廨啓C(jī)順利點(diǎn)火；從我國首顆可重復(fù)使用返回式技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星成功回收，到全球首例介入式腦機(jī)接口傳感器血管內(nèi)取出試驗(yàn)獲得成功……一項(xiàng)項(xiàng)科技成果，不僅標(biāo)注著科技發(fā)展的中國高度，也為全球科技發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

“本源悟空”量子計(jì)算機(jī)上線運(yùn)行

搭載我國首個(gè)量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

2024年1月6日，我國第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)——“本源悟空”上線運(yùn)行。“本源悟空”搭載72位自主超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”，共有198個(gè)量子比特，其中包含72個(gè)工作量子比特和126個(gè)耦合器量子比特。這是目前我國最先進(jìn)的可編程、可交付超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。

“本源悟空”還搭載了我國首個(gè)量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)——本源司南3.0版本。這一系統(tǒng)在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了對量子計(jì)算任務(wù)批處理的支持，不僅支持量超協(xié)同計(jì)算，還可高效調(diào)度量子計(jì)算資源，大幅提升量子計(jì)算機(jī)整機(jī)運(yùn)行效率。

2024年4月10日，“本源悟空”成功裝備國內(nèi)首個(gè)PQC（后量子密碼）“抗量子攻擊護(hù)盾”。從算力提升到“攻守兼?zhèn)洹?，我國量子?jì)算機(jī)制造鏈更加完備。

2024年10月25日，我國科學(xué)家在“本源悟空”上，成功完成了全球最大規(guī)模的量子計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真，標(biāo)志著國產(chǎn)量子算力在解決實(shí)際問題方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《應(yīng)用力學(xué)與工程中的計(jì)算機(jī)方法》上。中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、“本源悟空”科研團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人郭國平表示：“此次研究不僅證明我國自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)具備開展大規(guī)模、高精度流體動(dòng)力學(xué)研究的能力，也為我們探索更多復(fù)雜科學(xué)問題提供了新工具和新方法。”

目前，“本源悟空”已與多個(gè)國家級超算中心以及金融、通信、電力、航空、航天等部門和單位展開合作。

空間環(huán)境地面模擬裝置驗(yàn)收

模擬九大類空間環(huán)境因素

北國冰城，一座“地面空間站”拔地而起。2024年2月27日，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國航天科技集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)的空間環(huán)境地面模擬裝置在哈爾濱通過驗(yàn)收。這是我國航天領(lǐng)域首個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施?？臻g環(huán)境地面模擬裝置被稱為“地面空間站”，是“十二五”時(shí)期開始建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。它可以模擬真空、高低溫、帶電粒子、電磁輻射、空間粉塵、等離子體、弱磁場、中性氣體、微重力等九大類空間環(huán)境因素，旨在聚焦航天領(lǐng)域重大基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)問題，構(gòu)建空間綜合環(huán)境與航天器、生命體和等離子體作用科學(xué)領(lǐng)域的大型研究基地。

空間環(huán)境地面模擬裝置國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，聚焦航天領(lǐng)域的重大基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)問題，構(gòu)建我國首個(gè)空間綜合環(huán)境與航天器、生命體和等離子體作用科學(xué)領(lǐng)域的大型研究基地，形成國際領(lǐng)先水平的空間環(huán)境耦合效應(yīng)試驗(yàn)研究平臺(tái)。相較于把實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備搬到太空，“地面空間站”既能節(jié)省成本、減少安全隱患，又可以根據(jù)科學(xué)問題和工程需要，設(shè)置特定的環(huán)境因素，不受時(shí)空限制進(jìn)行多次重復(fù)驗(yàn)證，從而創(chuàng)造更加安全便捷的實(shí)驗(yàn)條件和科研手段。

空間環(huán)境地面模擬裝置2005年開始論證，2024年正式通過驗(yàn)收，整個(gè)建設(shè)過程歷時(shí)18年。去年試運(yùn)行以來，裝置已經(jīng)服務(wù)了國內(nèi)外多家單位，支撐了我國多款宇航電子元器件的研發(fā)和一系列國家重大航天任務(wù)的實(shí)施，取得了多項(xiàng)標(biāo)志性成果。驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)為，這一項(xiàng)目突破了空間環(huán)境模擬及其與物質(zhì)作用領(lǐng)域的系列關(guān)鍵技術(shù)，項(xiàng)目總體建設(shè)指標(biāo)處于國際先進(jìn)水平，部分關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平。

第一口突破萬米的科探井誕生

刷新亞洲最深井紀(jì)錄

2024年3月4日，在新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，中國石油塔里木油田深地塔科1井，經(jīng)過279天的艱苦工作，鉆探深度突破1萬米。這是我國第一口垂直深度超過1萬米的井，不僅刷新了亞洲最深井紀(jì)錄，也創(chuàng)造了當(dāng)今世界上鉆探1萬米深井用時(shí)最短紀(jì)錄。這標(biāo)志著我國自主攻克了萬米級特深井鉆探技術(shù)瓶頸，深地油氣鉆探能力及配套技術(shù)躋身國際先進(jìn)水平。

深地塔科1井位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)井深11100米，其主要任務(wù)是進(jìn)行地球深部科學(xué)探索和超深層油氣勘探。

深地塔科1井的鉆探過程，不僅要面對復(fù)雜多變的地質(zhì)構(gòu)造，還要跨越地下“萬重山”，穿越多套不同巖性、不同壓力系統(tǒng)的巖層。深地塔科1井自上而下要鉆穿塔里木盆地13個(gè)地層。進(jìn)入8000米深度后，地層異常堅(jiān)硬，先后更換了15只鉆頭才艱難鉆進(jìn)到萬米。最極端時(shí)，井下的鉆工具要面對170多兆帕壓力的沖擊，同時(shí)經(jīng)受近220攝氏度的超高溫考驗(yàn)。在這樣惡劣的井下環(huán)境中，一般鉆井設(shè)備儀器的電子元器件、橡膠件等，均會(huì)損壞或失效。

為了打成這口萬米深井，塔里木油田采用了我國自主研制的全球首臺(tái)12000米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)，創(chuàng)新研發(fā)了220攝氏度超高溫鉆井液、抗高溫螺桿等工藝技術(shù)，同時(shí)儲(chǔ)備了萬米取芯裝備、特高壓壓裂車等一批關(guān)鍵核心裝備。

“天眸芯”研制成功

性能超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法

2024年5月30日，“天眸芯”相關(guān)成果作為封面文章，發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。這款芯片由清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研制，是世界首款類腦互補(bǔ)視覺芯片。

論文通訊作者、清華大學(xué)精密儀器系教授施路平介紹，在開放世界中，智能系統(tǒng)不僅要應(yīng)對龐大的數(shù)據(jù)量，還需要應(yīng)對如駕駛場景中的突發(fā)危險(xiǎn)、隧道口的劇烈光線變化和夜間強(qiáng)閃光干擾等極端事件。而傳統(tǒng)視覺感知芯片面對此類場景往往出現(xiàn)失真、失效或高延遲，限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

為更好應(yīng)對上述問題，清華大學(xué)類腦計(jì)算研究中心團(tuán)隊(duì)聚焦類腦視覺感知芯片技術(shù)，提出了一種基于視覺原語的互補(bǔ)雙通路類腦視覺感知新范式。

“天眸芯”采用先進(jìn)的類腦計(jì)算架構(gòu)，能夠在光照變化大、動(dòng)態(tài)范圍高、遮擋、噪聲、模糊等復(fù)雜視覺環(huán)境下，通過模擬人腦神經(jīng)元和突觸的連接方式，實(shí)現(xiàn)對視覺信息的層次化、并行化、自適應(yīng)處理。該芯片集成了數(shù)十萬個(gè)神經(jīng)元和數(shù)百萬個(gè)突觸，能夠在低功耗下實(shí)現(xiàn)高效的視覺信息處理，其性能超越了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法。

“天眸芯”具有強(qiáng)大的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化和任務(wù)需求，自動(dòng)調(diào)整神經(jīng)元的連接權(quán)重和突觸的傳遞效率，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜視覺環(huán)境的快速適應(yīng)和魯棒處理。此外，該芯片還具有高度的可擴(kuò)展性和可編程性，可以方便地應(yīng)用于不同領(lǐng)域的視覺信息處理任務(wù)。“天眸芯”的成功研制，標(biāo)志著我國在類腦計(jì)算領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，更展現(xiàn)了其在智能無人系統(tǒng)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

深中通道建成開通

粵港澳大灣區(qū)實(shí)現(xiàn)“1小時(shí)交通圈”

伶仃洋上，一條宏偉的跨江通途如巨龍騰飛，連接起深圳與中山兩地。2024年6月30日，深圳至中山跨江通道（以下簡稱“深中通道”）正式通車。深中通道歷時(shí)7年建成開通，是全球首個(gè)集“橋、島、隧、水下互通”于一體的跨海集群工程。

開通后，珠江口兩岸的“深莞惠”和“珠中江”兩大城市群迎來首條直連通道，深圳到中山的車程從2小時(shí)縮短至30分鐘，粵港澳大灣區(qū)實(shí)現(xiàn)“1小時(shí)交通圈”。深中通道全長約24公里，其中跨海段長22.4公里，采用設(shè)計(jì)速度100千米/小時(shí)的雙向8車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)使用壽命100年。

作為世界上建設(shè)難度最高的跨海集群工程之一，深中通道技術(shù)難度世界少有，且所處海域水文地質(zhì)條件異常復(fù)雜，工程受航空、水運(yùn)、環(huán)保等多重因素限制，建設(shè)條件十分嚴(yán)苛。深中通道是繼港珠澳大橋后，粵港澳大灣區(qū)建成的又一超大型交通工程，攻克了多項(xiàng)世界級技術(shù)難題，創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

深中通道海底隧道沉管段由32個(gè)管節(jié)和一個(gè)最終接頭連接而成，其中每個(gè)管節(jié)重約8萬噸。為了讓這些龐然大物在海底精準(zhǔn)對接，工程人員特別開發(fā)了沉管浮運(yùn)安裝一體船。他們還在船上創(chuàng)新應(yīng)用了坐底標(biāo)定和北斗系統(tǒng)，新增沉管水下變形測量，最終使所有管節(jié)的對接精度都在5厘米以內(nèi)，連續(xù)7個(gè)管節(jié)實(shí)現(xiàn)了毫米級精度，創(chuàng)造了世界跨海隧道沉管安裝對接技術(shù)領(lǐng)域的新紀(jì)錄。

介入式腦機(jī)接口傳感器取出

安全性和生物兼容性得到驗(yàn)證

2024年8月16日，南開大學(xué)公布，全球首例介入式腦機(jī)接口傳感器血管內(nèi)取出試驗(yàn)日前在北京圓滿成功。該試驗(yàn)由南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院副院長、人工智能學(xué)院教授段峰及其團(tuán)隊(duì)牽頭，與中國人民解放軍空軍特色醫(yī)學(xué)中心、中國人民解放軍總醫(yī)院等聯(lián)合完成。

2022年6月25日，團(tuán)隊(duì)牽頭完成了國內(nèi)首款介入式腦機(jī)接口動(dòng)物羊試驗(yàn)，突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術(shù)，完成了支架、導(dǎo)管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機(jī)接口對腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端。2023年5月4日，團(tuán)隊(duì)牽頭完成了全球首例非人靈長類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了介入式腦電信號從被動(dòng)采集到主動(dòng)控制的技術(shù)飛躍，突破了血管內(nèi)腦電信號采集、介入式腦電信號識別等核心技術(shù)。

據(jù)介紹，此次試驗(yàn)是在前期兩項(xiàng)試驗(yàn)基礎(chǔ)上取得的進(jìn)一步成果。內(nèi)容包括涉及將無線傳輸設(shè)備植入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮下，并將采集到的介入式腦電信號通過無線傳輸設(shè)備傳出，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、高效的信號傳輸；通過介入手術(shù)將先前導(dǎo)入羊顱內(nèi)血管壁上的介入式腦機(jī)接口傳感器安全取出。整個(gè)過程在DSA造影引導(dǎo)下進(jìn)行，確保了手術(shù)過程的安全性。此次試驗(yàn)的成功，不但驗(yàn)證了無線傳輸設(shè)備與介入式腦機(jī)接口系統(tǒng)的安全性和生物兼容性，而且驗(yàn)證了介入式腦機(jī)接口傳感器可以在不損傷腦組織和血管的情況下被安全取出，為未來介入式腦機(jī)接口技術(shù)的臨床應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

據(jù)介紹，無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用將幫助介入式腦機(jī)接口系統(tǒng)變得更加便攜和易用，通過識別運(yùn)動(dòng)皮層腦電信號控制康復(fù)運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)器人工作，可大大提升腦卒中、腦損傷、截癱等運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的生活質(zhì)量，將來還會(huì)通過醫(yī)工結(jié)合打造高端醫(yī)療設(shè)備民族品牌，為腦疾病醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域帶來廣闊的市場前景和長遠(yuǎn)的社會(huì)效益。

300兆瓦級F級重型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火

為全面開展整機(jī)驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)

2024年10月7日，我國自主研制的300兆瓦級F級重型燃?xì)廨啓C(jī)在上海臨港點(diǎn)火成功。

超大型燃?xì)廨啓C(jī)被公認(rèn)為世界上最難造的機(jī)械裝備之一，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠上的明珠”。該款300兆瓦級F級重型燃?xì)廨啓C(jī)，是我國首次自主研制的最大功率、最高技術(shù)等級重型燃?xì)廨啓C(jī)，技術(shù)指標(biāo)與國際主流F級重型燃?xì)廨啓C(jī)基本相當(dāng)。該機(jī)型采用的新技術(shù)、新材料、新工藝對我國燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)學(xué)科進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展有顯著的輻射帶動(dòng)作用，對保障我國能源安全和綠色發(fā)展具有重要意義。

燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)是整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證階段的首個(gè)重大試驗(yàn)，主要任務(wù)是驗(yàn)證整機(jī)設(shè)計(jì)、制造的有效性和試驗(yàn)測試系統(tǒng)的功能完整性，為全面開展整機(jī)驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。這次成功點(diǎn)火，是繼2024年2月首臺(tái)樣機(jī)總裝下線以來取得的又一重要成果，標(biāo)志著項(xiàng)目研制全面進(jìn)入整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證階段。

實(shí)踐十九號衛(wèi)星順利回收

可重復(fù)使用返回式技術(shù)再進(jìn)一步

大漠戈壁，見證航天回收技術(shù)的新跨越。2024年10月11日，我國在東風(fēng)著陸場成功回收首顆可重復(fù)使用返回式技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星——實(shí)踐十九號衛(wèi)星，其搭載的植物及微生物育種載荷、自主可控和新技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)載荷、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷、社會(huì)公益和文化創(chuàng)意載荷等回收類載荷已全部順利回收。

實(shí)踐十九號衛(wèi)星是我國“十四五”期間的重要新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，于2024年9月27日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，通過飛行試驗(yàn)突破了可重復(fù)使用、無損回收、高微重力保障等關(guān)鍵技術(shù)，驗(yàn)證了新一代高性能可重復(fù)使用返回式空間試驗(yàn)平臺(tái)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到了各項(xiàng)預(yù)期試驗(yàn)效果。

實(shí)踐十九號衛(wèi)星具有微重力水平高、時(shí)效性好、下行能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是高效的高微重力水平空間試驗(yàn)平臺(tái)，可支持微重力科學(xué)、空間生命科學(xué)等方面的研究。此次飛行任務(wù)，開展了航天育種、新技術(shù)驗(yàn)證與空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，著力推動(dòng)空間新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用。任務(wù)搭載了多個(gè)國際合作載荷，成為促進(jìn)航天國際合作的良好平臺(tái)，對推動(dòng)探索太空、利用太空有著重要意義。

26兆瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下線

單臺(tái)機(jī)組每年可輸出1億度清潔電能

2024年10月12日，我國海上風(fēng)電領(lǐng)域迎來一項(xiàng)重要突破——我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全球最大的26兆瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在福建下線。該機(jī)組單機(jī)容量26兆瓦，是當(dāng)前全球范圍內(nèi)單機(jī)容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕的風(fēng)電機(jī)組。

據(jù)介紹，該機(jī)組輪轂中心設(shè)計(jì)高度185米，相當(dāng)于63層居民樓高；葉輪直徑超過310米，掃風(fēng)面積超過7.7萬平方米，相當(dāng)于10.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場。其中，機(jī)組的發(fā)電機(jī)、葉片、軸承、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部套技術(shù)均達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，代表了中國風(fēng)電裝備全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的快速進(jìn)步。此外，整臺(tái)機(jī)組由3萬余個(gè)零部件組成，供應(yīng)鏈完全自主可控。

為了應(yīng)對我國大部分海域平均風(fēng)速高、鹽霧腐蝕強(qiáng)、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)等特點(diǎn)，該機(jī)組采用了全密封結(jié)構(gòu)防鹽霧腐蝕方案，確保風(fēng)機(jī)能夠更好滿足25年的使用壽命需求。該機(jī)組配置雙重抗臺(tái)風(fēng)技術(shù)方案，具備抵御17級超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的能力。2024年9月，采用該方案的風(fēng)電機(jī)組成功經(jīng)受住了超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“摩羯”的考驗(yàn)。

在年平均風(fēng)速為每秒10米的條件下，單臺(tái)機(jī)組每年可輸出1億度清潔電能，可滿足5.5萬戶普通家庭一年的生活用電，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3萬余噸、減少二氧化碳排放8萬余噸。該機(jī)組下線后，計(jì)劃在福建、廣東、海南等沿海風(fēng)力較高的區(qū)域率先投入使用。

“夢想”號建成入列

具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力

“打穿地殼、進(jìn)入地球深部”，這是人類長久以來的科學(xué)夢想。如今，中國最新入列的科考船“夢想”號有望將這一夢想變成現(xiàn)實(shí)。2024年11月17日，這艘擁有最大11000米的鉆深能力、我國自主設(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船在廣州正式入列。全長179.8米，寬32.8米，排水量42600噸的“夢想”號，是我國目前噸位最大的科考船，其續(xù)航力15000海里，能夠搭載180名船員?！皦粝搿碧柗€(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按16級超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)安全要求設(shè)計(jì)，可在6級海況下正常作業(yè)，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力。

“夢想”號采用模塊化設(shè)計(jì)理念，攻克多項(xiàng)世界級船舶設(shè)計(jì)難題，在國際上首次創(chuàng)新集成大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種功能，構(gòu)建起我國自主的超深水鉆探裝備設(shè)計(jì)建造技術(shù)體系。經(jīng)兩輪海試驗(yàn)證，“夢想”號主要性能指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

作為全球領(lǐng)先的深海作業(yè)平臺(tái)，“夢想”號堪稱海上移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，科考實(shí)驗(yàn)功能和信息化水平國際領(lǐng)先。全船建有基礎(chǔ)地質(zhì)、古地磁、無機(jī)地化、有機(jī)地化、微生物、海洋科學(xué)、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術(shù)九大功能實(shí)驗(yàn)室，總面積超3000平方米，配置有全球首套船載巖心自動(dòng)傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)，可滿足海洋領(lǐng)域全學(xué)科研究需求。

◎來源|科技日報(bào)