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重磅！2021年度中國科（kē）學十大進展公布

發布時間：2022-03-16 02:49:21瀏覽次（cì）數：51

2022年2月（yuè）28日，科（kē）學技術部高技術（shù）研究發展中心(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（zhe）陸火星

天問一號（hào）探測器（qì）

2021年5月15日7時18分（fèn），天問一號探測器成功著陸於火星烏托邦平原南部預選著（zhe）陸區，我國首次火星探測任務著陸火星取（qǔ）得成功。任務采（cǎi）用了“氣動減速-傘降減速-動力減速-著陸緩（huǎn）衝”四級串聯減速技術路線，建立了設計迭代改進流程和多學科綜合優化方法，提高了係統應對故障工況和進入條件極限拉偏（piān）下的安全著陸能力。天問一號探測器著陸火星，是我國首次實現地外行星著陸，邁出了我國星際探測征程的（de）重要（yào）一步，實現了從地月係到行（háng）星際的跨越，在火星（xīng）上（shàng）首次留下中國（guó）人的印跡，使我國成為第二個成功著陸火星的國家，是我國航天（tiān）事業發展的又一（yī）具有裏程（chéng）碑意義的進展（zhǎn）。

2、中國空間站天和核心（xīn）艙成功發射，神舟十二號、十三號載人飛船成功發射（shè）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（hé）心艙在海南文（wén）昌航天（tiān）發射場發射升空，準確進入預定軌道，任務取得成功。天和核心艙發射成功，標（biāo）誌著我國空間站建（jiàn）造進入全麵實施階段，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（fēi）船發射成功，並與天和核心艙成（chéng）功完成（chéng）對接，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員送入太空，這是天（tiān）和核心艙發射入軌後，首次與載人飛船進行的交會對接（jiē）。我國的載（zǎi）人航天飛（fēi）船（chuán）脫離試驗階段，開始實現太空往返常態化，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（gōng），並采用自主快速交會對接模式成功對接於（yú）天和核心艙徑（jìng）向端口，順利將（jiāng）翟誌剛、王亞平、葉光（guāng）富3位航天員送入太空（kōng），實現了我國載人飛船在太空的首次徑向交會對接（jiē）。

3、從二氧化碳到澱粉的人工合成

人工澱（diàn）粉合成途（tú）徑

澱粉是糧食最主要的組分，也是重要（yào）的工業原（yuán）料。中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和等報道了由（yóu）11步核心反應組成的人工澱粉合成途（tú）徑（ASAP），該途徑偶聯化（huà）學催化與生物催化反應，在實驗室實現了從二氧化碳和氫氣到澱粉分子的人工全合成。通過從頭設計二氧化碳到澱粉合成的非自然途（tú）徑，采（cǎi）用模（mó）塊化反應適配與蛋白質工程手段，解決（jué）了計（jì）算機途徑熱力學匹配、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反應進化等難題。在氫（qīng）氣驅動下ASAP將二氧化碳轉化為澱粉分子的速度為每分鍾每毫克催化劑（jì）22 nmol 碳單元，比玉米澱粉（fěn）合成速度高8.5倍；ASAP澱粉合成的理論能量轉化效（xiào）率（lǜ）為7%，是玉米等農作物的3.5倍，並可實現直（zhí）鏈和支鏈澱粉的可控合（hé）成。該成果不依賴植物光合作（zuò）用，實（shí）現了二氧化碳到澱粉的人工全合成。

4、嫦娥五號月（yuè）球樣品揭示月球演化奧（ào）秘

嫦娥五號月壤（rǎng）樣品（pǐn）（玄武（wǔ）岩岩屑）的顯微圖像

中國（guó）科學院地質與地（dì）球物理研究所李獻華、楊蔚、胡森、林楊挺和中國科學院國家天文台李春來等利用過去（qù）十多年來（lái）建立的超高空間分辨率的定（dìng）年和同位素分析技術，對嫦娥五號月球（qiú）樣品玄武岩進行了精確的年代學、岩石地球化學及（jí）岩漿水含量的研究。結果顯示，嫦娥五號玄武岩形成於 20.30±0.04 億年，確證月（yuè）球的火（huǒ）山活動可以持續到 20 億年前，比以往月球（qiú）樣品限定的火山活動延長了（le）約 8億年。這一結果為撞擊坑定年提（tí）供了關鍵錨點，將大幅提高內太陽係星體表麵撞擊坑定年（nián）的精度。研究還揭示嫦娥五號玄武岩的月幔源區（qū）並不富含放射性生熱（rè）元素和水，排除了放射性（xìng）元素提供熱源，或富含（hán）水降低熔點兩種月幔熔融機製，對（duì）未（wèi）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（kàng）病毒藥物機製

新冠病毒“反式回溯”的複（fù）製矯正機製

不（bú）斷出現的新冠病毒突變株對（duì）當前已有的疫苗、中和抗體等抗病毒手段提出嚴峻挑（tiāo）戰，亟需發展能有效應對各型突變株的（de）廣譜藥物。在生命周期（qī）中，病毒的一係列轉錄複製酶組裝成（chéng）“轉錄複製複合體”超分子機器（qì），負責病毒轉錄複製的全過（guò）程，且在各型突變株中（zhōng）高度保守（shǒu），是開發廣（guǎng）譜抗病毒藥物的核心靶點。清華大學婁智勇、饒（ráo）子和與上海科技（jì）大學高岩等發現（xiàn）並重構了病毒“加帽中（zhōng）間（jiān）態複合體（tǐ）”、“mRNA加帽複合體”和“錯配校正複合體”，並闡明其工作機製。揭示了新冠病毒（dú）轉錄複製（zhì）機器的完整組成形式；發現病毒聚合酶的核苷轉（zhuǎn）移酶（méi）結（jié）構域是催化mRNA“加帽”成（chéng）熟的關（guān）鍵酶，明確（què）了（le）帽結構的合成過程，為發展新型、安全的廣譜抗病毒藥（yào）物提供了全（quán）新靶點；發現病（bìng）毒以“反式回溯”的方式對（duì）錯配堿基和抗病毒藥物進行“剔除”，闡明了瑞德西韋等藥物（wù）效果不良的分子機製（zhì），為（wéi）優化針對聚（jù）合酶的抗病毒藥物（wù）提供了（le）關鍵科學依據。

6、FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本

FAST捕獲快速（sù）射電暴樣（yàng）品示意圖（tú）

快速射電暴（FRB）是無線（xiàn）電波段宇（yǔ）宙（zhòu）最明（míng）亮（liàng）的爆發現象。FRB 121102是人類所知（zhī）的第一（yī）個重（chóng）複快速射電暴，中國科學院國家天文台李（lǐ）菂等使用“中國天眼”FAST成功捕捉到FRB 121102的極端活動期，最劇烈時（shí）段達到每小時122次爆發（fā），累計獲取了1652個高信噪比的爆發信號，構成目前最大（dà）的（de）FRB爆發事件集合（hé）。研究發現FRB爆發率存在特征能（néng）量E0=4.8x1037 erg；探測到其能譜的雙峰結構，即低能端接近正則對數，展現（xiàn）快速射電暴重複過（guò）程的隨機性；高能端接近洛倫茲函數，展現強輻射存在可能的相關（guān）過程。FAST樣本排除（chú）了FRB 121102爆（bào）發在一（yī）毫秒至一小時之間的周期性或準周期性，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，深入揭示了FRB的（de）基（jī）礎物（wù）理機製。

7、實現高（gāo）性能纖維鋰離子電池規模（mó）化製備（bèi）

纖維聚合物鋰離（lí）子電（diàn）池的集成組裝示意圖

如何通過設計新結構（如創建纖維鋰離子電池）滿足電子產品高度集成化和柔性化發展要求，是鋰離子電池領域麵臨的重大挑戰。複旦大學彭慧勝、陳培寧等（děng）發現纖維鋰離子電池內阻與長度之間獨特的雙曲餘切函數關係，即內阻隨長度增加並不增大，反而先下降後趨於穩定。在此理論指導下構建（jiàn）的纖維鋰離子電池具有優（yōu）異且穩定的電化學性能，能量密度較過去提升了近2個數量級（jí），彎折10萬次後容量保持率超（chāo）過80%；建立的世界上首（shǒu）條纖（xiān）維鋰（lǐ）離子電池生（shēng）產線，實現了其規（guī）模化連續製備；編織集（jí）成得到的纖維鋰離子電池係統，電化學性能與商業鋰離子（zǐ）電池相（xiàng）當（dāng），而穩定（dìng）性和安全性更加優異。

8、可編程二維 62 比特超導（dǎo）處（chù）理器“祖衝之號”的量子行走

量子行走是經典隨機行走的量子力學模擬，是實（shí）現（xiàn）量子模擬、量子搜索算法乃至通用（yòng）量子計算的工具。中國科學技（jì）術大學朱曉波、潘建偉等通過研發兼容平麵工（gōng）藝的三維引線技術（shù），實現了量子比特結構從一維向二維的拓展，設計並製作了一個由 62個比特組成（chéng）的8×8 的二維結構（gòu）超導（dǎo）量子比（bǐ）特陣列，構建了“祖衝之號”量（liàng）子（zǐ）計算原型機，並通過該裝（zhuāng）置演示高保真的單粒（lì）子和（hé）雙粒子連續時間量子（zǐ）行走。利用量子（zǐ）處理器的高可編程性，實現了（le）量子比特激發粒子行走路徑的精確調控（kòng），在（zài）固（gù）態量子芯片實（shí）現了馬赫-曾德爾幹涉（shè）儀。該（gāi）工作是世界範圍（wéi）內（nèi）公開發表的首（shǒu）個比特數超過60的超導量子（zǐ）計算領域的成果，驗證了對含噪聲中等規模量子比特係統的高精度量子調控能力，為研製祖衝之二號、實（shí）現（xiàn）“量子計算優（yōu）越性”奠定了基礎。

9、自供電軟機器人成功挑戰馬裏亞納海溝

軟機器人在馬裏（lǐ）亞納海溝萬米（mǐ）深海驅動實驗

深海機器人與（yǔ）裝備需要高強（qiáng）度（dù）金屬耐壓外殼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獅（shī）子魚“頭部骨骼分散融合在軟組織中”這（zhè）一生理特性提取仿生靈感，揭示了深（shēn）海極端（duān）壓（yā）力條件下軟機器人功能器件破壞及驅動失效的（de）內在機製；提出了硬質器件分散融入軟（ruǎn）基體實（shí）現內應力調控的（de）方法，以及適應深海（hǎi）低溫、高壓環境（jìng）的電驅動人工肌肉融合製造方法（fǎ）；建立了（le）萬米深海（hǎi）軟機器人的係統構造方法和驅動理論。所（suǒ）研製的自供電軟（ruǎn）機器人成功挑戰馬裏亞納海溝，實現（xiàn）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。該研究大幅降低了深（shēn）海機器人（rén）的重量及經濟成本，推（tuī）動了軟體機器人（rén）在深海工程（chéng）領域的應用。

10、揭示鳥類遷徙路線成因（yīn）和長距離遷徙關鍵基因

北極遊隼遷徙路線成（chéng）因與長距離遷徙（xǐ）關鍵基因

“遷徙生物如何發現其遷徙路線？”一直是（shì）社會和學術界廣泛關注的議題，也是Science雜誌125個最具挑戰（zhàn）性科學問題之（zhī）一。中（zhōng）國科學院動物所詹祥江等曆時（shí）12年，利用衛星（xīng）追蹤數據和基因組信息（xī），建立了一套北（běi）極遊隼遷徙研究係統，發現（xiàn）遊隼主要使用5條（tiáo）路線穿越亞歐大陸，西部遊隼表現為短距離遷徙，東部為（wéi）長距離（lí）遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉換過程中，冰川消退（tuì）所導致的繁（fán）殖（zhí）和越冬地變遷，可（kě）能是遷徙路線形成的主要曆史原因。研究還發現遷徙距離更（gèng）長的遊隼攜帶ADCY8優勢等位基因，該基因（yīn）與長時記憶形成有關，表明長時記憶可（kě）能是鳥類長距離遷徙的重要基礎。該研究結合（hé）遙感衛星（xīng）追蹤、基因組學、神（shén）經生物學等研究手段，通過多學科整合分析方法闡明了鳥類遷徙路（lù）線變遷成因和遺傳基礎。

2021年12月，科學技術部高技（jì）術研（yán）究發展中心(基礎（chǔ）研究管理中心)組織召開了2021年度中國科學十大進（jìn）展初選會議，組織專家（jiā）從推（tuī）薦（jiàn）的310項科學進展中遴選（xuǎn）出30項進展進入終選。終選（xuǎn）邀請中國（guó）科學院院（yuàn）士、中國工程院院士、國家重點實驗室主任、國家重點研發計劃有關重點（diǎn）專項總體專家組成員和項目負責人、原973計劃顧（gù）問組和谘詢組專家、及項目首席科學家等3500餘位知名專家學者對30項候（hòu）選科學進展進行網上投票，得票數排名前10位的入選“2021年度中國科學十大進展”。

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