2022年國內(nèi)十大科技新聞解讀

2022年，載入史冊的科技成就，令人目不暇接。從無垠的太空到泥濘的稻田，廣大科技工作者在一個個領(lǐng)域踏下深深足印，在自立自強(qiáng)的道路上勇毅前行。這一年，我們共同見證新時代中國科技事業(yè)的澎湃力量。芳華綻放，夢想生長，創(chuàng)新的力量托舉起一個強(qiáng)盛的時代，創(chuàng)新的火炬照亮建設(shè)世界科技強(qiáng)國的征途。

人類又向摩爾定律的極限發(fā)起挑戰(zhàn)。這一次，中國人扮演了探索者的角色。

清華大學(xué)集成電路學(xué)院團(tuán)隊首次制備出亞1納米柵極長度的晶體管，該晶體管具有良好的電學(xué)性能。相關(guān)成果在線發(fā)表在3月15日的《自然》雜志上。

過去幾十年，晶體管的柵極尺寸不斷微縮。隨著尺寸進(jìn)入納米尺度，電子遷移率降低、靜態(tài)功耗增大等效應(yīng)越發(fā)嚴(yán)重。新結(jié)構(gòu)和新材料的開發(fā)迫在眉睫。目前主流工業(yè)界晶體管的柵極尺寸在12納米以上。為進(jìn)一步突破1納米以下柵長晶體管的瓶頸，清華大學(xué)團(tuán)隊巧妙利用石墨烯薄膜作為柵極，通過石墨烯側(cè)向電場來控制垂直的二硫化鉬（MoS_2）溝道的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)等效的物理柵長為0.34納米。石墨烯單原子層厚度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，終于被實(shí)驗性地體現(xiàn)在芯片上。

紐約州立大學(xué)布法羅分校納米電子學(xué)家李華民評價：這項新工作將柵極的尺寸極限進(jìn)一步縮小到僅一層碳原子的厚度，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，要打破這一紀(jì)錄是非常困難的。

單層石墨烯厚度僅0.34納米，本身是平面結(jié)構(gòu)，這就要求溝道是垂直結(jié)構(gòu)，這是一大難題。另外石墨烯除了側(cè)壁能夠柵控，其表面也能柵控，因此屏蔽石墨烯表面電場也是難點(diǎn)，中國團(tuán)隊使用自氧化鋁層來完成這一點(diǎn)。

大家期待的二維薄膜的未來集成電路將會帶來柔軟、透明、高密度的芯片。如果使用新材料，就有機(jī)會實(shí)現(xiàn)全柔性的手機(jī)——其CPU、存儲器都是軟的，而且更加節(jié)能。

除了“淀粉”，人工合成“糧食”又有新招。

4月28日，《自然·催化》以封面文章的形式發(fā)表了一項最新研究成果。我國科研人員通過電催化結(jié)合生物合成的方式，將二氧化碳和水高效合成高純度乙酸，并進(jìn)一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。

葡萄糖和油脂是重要的糧食成分，通過催化過程將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖或者油脂，長期以來只有靠農(nóng)作物種植這一條路徑。

此項研究中，科研人員首先將二氧化碳電解高效還原合成高純度乙酸，然后用釀酒酵母對乙酸進(jìn)行發(fā)酵。這個過程可以理解為，先將二氧化碳轉(zhuǎn)化為釀酒酵母的“食物”——醋，然后釀酒酵母不斷“吃醋”來合成葡萄糖和脂肪酸。

對此，中國科學(xué)院院士、中國化學(xué)會催化委員會主任李燦評價，該工作為人工和半人工合成“糧食”提供了新技術(shù)。

中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任鄧子新認(rèn)為，這項研究工作開辟了電化學(xué)結(jié)合活細(xì)胞催化制備葡萄糖等糧食產(chǎn)物的新策略，為進(jìn)一步發(fā)展基于電力驅(qū)動的新型農(nóng)業(yè)與生物制造業(yè)提供了新范例。

接下來，研究團(tuán)隊將進(jìn)一步研究電催化與生物發(fā)酵這兩個平臺的適配性和兼容性。同時，未來如果要合成淀粉、制造色素、生產(chǎn)藥物等，只需保持電催化設(shè)施不改變，更換發(fā)酵使用的微生物就能實(shí)現(xiàn)。

位于貴州的那口“大鍋”，今年又“燉”出了不少“好菜”。

6月9日，《自然》雜志發(fā)表了一項快速射電暴方面的研究成果。在“中國天眼”（FAST）的加持下，中國科學(xué)院國家天文臺等單位的研究人員發(fā)現(xiàn)了全球首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴FRB 20190520B。這一發(fā)現(xiàn)對于更好理解快速射電暴這一宇宙神秘現(xiàn)象具有重要意義。

快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在一毫秒的時間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。自2007年被發(fā)現(xiàn)以來，快速射電暴一直是天文學(xué)最前沿的研究方向之一，但其物理起源、輻射機(jī)制和周圍環(huán)境等，至今尚不明晰。

2019年，研究人員在系統(tǒng)處理FAST“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”（CRAFTS）數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，5月20日的數(shù)據(jù)存在重復(fù)的高色散脈沖。他們很快確定該脈沖來自一個新的快速射電暴FRB 20190520B。

在后續(xù)觀測中，研究人員發(fā)現(xiàn)FRB 20190520B并不像其他快速射電暴閃爍一次便神龍見首不見尾，而是持續(xù)活躍，一直在閃耀。

為找到這一快速射電暴的家，也就是其宿主星系，研究人員組織了多臺國際設(shè)備天地協(xié)同觀測，綜合射電干涉陣列、光學(xué)、紅外望遠(yuǎn)鏡以及空間高能天文臺的數(shù)據(jù)，成功將FRB 20190520B定位于一個距離我們30億光年的貧金屬的矮星系，確認(rèn)近源區(qū)域擁有目前已知的最大電子密度，并發(fā)現(xiàn)了一顆與之對應(yīng)的致密的持續(xù)射電源。

對此，快速射電暴領(lǐng)域創(chuàng)始人鄧肯·洛里默評價說：“我認(rèn)為快速射電暴可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長，預(yù)計未來幾年內(nèi)，我們能夠撥開快速射電暴神秘的面紗?！?/p>

6月17日上午，一個新聞不脛而走，傳遍了中國軍迷圈——我國第三艘航空母艦當(dāng)天在中國船舶集團(tuán)有限公司江南造船廠舉行了下水命名儀式。這是繼遼寧艦、山東艦之后的福建艦，舷號“18”。

福建艦是中國完全自主設(shè)計建造的首艘彈射型航空母艦，采用平直通長飛行甲板，配置電磁彈射和阻攔裝置，滿載排水量8萬余噸，比上一代航母山東艦高了2萬噸。美國《外交家》雜志編輯羅伯特·法利認(rèn)為，福建艦將成為“有史以來在美國以外建造的最大、最先進(jìn)的航空母艦”。

福建艦外觀的一個明顯改進(jìn)是采用了平直通長飛行甲板。平直通長飛行甲板相比滑躍甲板有更多的空間用于停放艦載機(jī)，滑躍甲板因為上翹構(gòu)型，只能在艦艏靠后位置停放數(shù)架殲-15戰(zhàn)機(jī)。而福建艦停放戰(zhàn)機(jī)的空間顯著增加，艦載機(jī)可以一直排到甲板前端。

福建艦還配備2具升降機(jī)、3部電磁彈射器，采用創(chuàng)新的電磁彈射起飛/電磁攔阻降落裝置。據(jù)分析，福建艦在航母最大著艦?zāi)芰顟B(tài)下，在最大回收狀態(tài)可以回收20架以上的戰(zhàn)機(jī)。

有專家認(rèn)為，電磁彈射器可讓甲板的三個起飛點(diǎn)同時具備滿載起飛的能力，同時原來的長起飛點(diǎn)在安裝第三臺彈射器后，起飛方向轉(zhuǎn)向斜角甲板，使航母能同時多向“出機(jī)”。

8月12日，安徽合肥傳來好消息：國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗裝置”再攀科技高峰，創(chuàng)造出場強(qiáng)45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場，刷新了同類型磁體保持了近23年的世界紀(jì)錄，成為目前全球范圍內(nèi)可支持科學(xué)研究的最高穩(wěn)態(tài)磁場。

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場是物質(zhì)科學(xué)研究需要的一種極端實(shí)驗條件，是推動重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的利器。世界科技強(qiáng)國一直高度重視強(qiáng)磁場實(shí)驗條件建設(shè)，目前國際上有五大穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗室，分別位于美國、法國、荷蘭、日本以及中國合肥科學(xué)島。

早在2016年，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場團(tuán)隊就自主研制成功中心場強(qiáng)40萬高斯的混合磁體，場強(qiáng)一舉躋身世界第二。

經(jīng)過5年多緊張的技術(shù)攻關(guān)，強(qiáng)磁場團(tuán)隊創(chuàng)新了磁體結(jié)構(gòu)、研發(fā)了新材料、優(yōu)化了制造工藝，終于取得重大技術(shù)突破。此次產(chǎn)生的45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場，成為我國科學(xué)實(shí)驗極端條件建設(shè)乃至世界強(qiáng)磁場技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。

據(jù)悉，2017年9月，國家穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗裝置投入運(yùn)行以來，已經(jīng)運(yùn)行超過50萬個機(jī)時，為國內(nèi)外170多家單位提供了實(shí)驗條件，開展了超過3000項課題的前沿研究，取得了一系列重大科技成果。

星空浩瀚無垠，探月研究開啟新篇章。9月9日，國家航天局、國家原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合宣布，中國科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，并將其命名為“嫦娥石”。這是嫦娥五號月球樣品研究取得的又一重大科學(xué)成果。

“嫦娥石”是我國發(fā)現(xiàn)的首個月球新礦物，也是人類發(fā)現(xiàn)的第六個月球新礦物。它的發(fā)現(xiàn)改變了我國月球礦物發(fā)現(xiàn)歷史，使我國成為世界第三個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家。

專家介紹，“嫦娥石”發(fā)現(xiàn)于嫦娥五號月球樣品的玄武巖碎屑中，是一種新的磷酸鹽礦物，屬于隕磷鈉鎂鈣石族，呈微小柱狀，顆粒大小為2—30微米。

2021年，中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院申請獲批成為首批次開展嫦娥五號月壤科研樣品研究的單位之一，先后獲得月壤科研樣品50毫克、一件月壤光片樣品。該院研究團(tuán)隊在對月壤粉末樣品進(jìn)行礦物學(xué)研究的過程中發(fā)現(xiàn)了新礦物的線索。

研究人員通過X射線衍射等一系列技術(shù)手段，在14萬個月球樣品顆粒中，分離出一顆粒徑約10微米大小的單晶顆粒，并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)國際礦物學(xué)會（IMA）新礦物命名及分類委員會（CNMNC）投票通過，確證為一種新礦物。

10月9日，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”——先進(jìn)天基太陽天文臺在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，正式開啟對太陽的探測之旅。該衛(wèi)星設(shè)計壽命4年，運(yùn)行在約720公里的太陽同步晨昏軌道。它的科學(xué)目標(biāo)瞄準(zhǔn)“一磁兩暴”，即同時觀測太陽磁場和太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射，研究它們的形成、演化、相互作用和彼此關(guān)聯(lián)，同時為空間天氣預(yù)報提供支持。

為實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)，“夸父一號”搭載了三臺有效載荷。其中，全日面矢量磁像儀用來觀測太陽全日面矢量磁場；萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡主要用來觀測日冕物質(zhì)拋射的形成和近日冕傳播；太陽硬X射線成像儀主要用來觀測太陽耀斑的非熱輻射形態(tài)及能譜特征。

12月13日，“夸父一號”三臺有效載荷在軌運(yùn)行兩個月，獲取的若干對太陽的科學(xué)觀測圖像對外公布。這些科學(xué)圖像實(shí)現(xiàn)了多項國內(nèi)外首次，驗證了“夸父一號”三臺有效載荷的觀測能力和先進(jìn)性。

下一階段，“夸父一號”將繼續(xù)按照既定計劃開展并完成在軌測試，早日轉(zhuǎn)入在軌科學(xué)運(yùn)行階段。同時，“夸父一號”將充分發(fā)揮三臺有效載荷組合觀測的特色，加強(qiáng)國內(nèi)外合作和數(shù)據(jù)開放共享工作，早日實(shí)現(xiàn)“一磁兩暴”科學(xué)目標(biāo)，為太陽活動第25周峰年觀測和研究作出有顯示度的中國貢獻(xiàn)。

10月16日，黨的二十大在北京召開。黨的二十大報告將教育、科技、人才放在第五部分進(jìn)行統(tǒng)籌部署，被認(rèn)為是一大創(chuàng)新，具有深刻意義。

黨的二十大報告用一整個章節(jié)專門對“實(shí)施科教興國戰(zhàn)略，強(qiáng)化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐”作出了重大部署。報告指出，教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。這種系統(tǒng)化一體化統(tǒng)籌部署，體現(xiàn)了三者相輔相成、協(xié)同發(fā)力、強(qiáng)勁支撐社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國建設(shè)的重要戰(zhàn)略地位，為我們向第二個百年奮斗目標(biāo)進(jìn)軍制定了行動綱領(lǐng)。

回顧黨的十八大提出實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，黨的十九大提出創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，黨的二十大則提出實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，這體現(xiàn)了黨中央對科技創(chuàng)新工作一以貫之的高度重視。

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在加速重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)?？萍紕?chuàng)新成為百年變局中的關(guān)鍵變量。在世界知識產(chǎn)權(quán)組織發(fā)布的《全球創(chuàng)新指數(shù)報告》中，我國的排名已由2012年的第34位上升到2022年的第11位。科技創(chuàng)新實(shí)力決定中國發(fā)展前途，這已成為全黨全國的高度共識。

10月31日15時37分，中國天宮空間站的第二個科學(xué)實(shí)驗?zāi)K——夢天實(shí)驗艙，搭載長征五號B遙四運(yùn)載火箭，在海南文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射。11月1日4時27分，夢天實(shí)驗艙成功地與之前發(fā)射的天和核心艙完成精準(zhǔn)對接；夢天實(shí)驗艙接下來實(shí)施水平轉(zhuǎn)位，三艙形成平衡對稱的“T”字構(gòu)型。中國空間站歷史性地完成“合體”。

夢天實(shí)驗艙是中國空間站第三個艙段，也是第二個科學(xué)實(shí)驗艙，它由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙和資源艙組成，起飛重量約23噸。夢天實(shí)驗艙的構(gòu)型有點(diǎn)像套娃，四個艙段首尾相連。工作艙位于整個實(shí)驗艙的最前部，配備科學(xué)實(shí)驗裝置。其后的另兩個艙室中則配備貨物出倉通道。

建設(shè)中國天宮空間站的主要目的，就是建成水平先進(jìn)的國家太空實(shí)驗室，為科學(xué)服務(wù)，產(chǎn)出重大科技成果。目前，它已規(guī)劃安排了約40項在軌科學(xué)實(shí)驗項目?？茖W(xué)家計劃利用“夢天”在10年內(nèi)完成1000多次科學(xué)實(shí)驗。作為性能最強(qiáng)的實(shí)驗艙，“夢天”可以研究微重力下的植物細(xì)胞、骨骼肌肉、材料熔融、蛋白質(zhì)結(jié)晶等各個領(lǐng)域的現(xiàn)象。

年年育種插秧，本來是水稻種植的常態(tài)。而云南大學(xué)的一項創(chuàng)新，卻可能讓水稻成為多年生作物，栽種一次，多季收割；省種省錢，輕簡勞力。云南大學(xué)研究團(tuán)隊今年10月測產(chǎn)成功，確定培育出可用于實(shí)際生產(chǎn)的多年生水稻品種，相關(guān)研究成果11月7日發(fā)表在《自然·可持續(xù)發(fā)展》上。

利用長雄野生稻發(fā)達(dá)的地下莖培育的多年生稻品種，還有配套耕作栽培技術(shù)，只需栽種一次，從第二季起無需犁田耙地、買種播種、育秧插秧，只要田間管理得當(dāng)，即可“割完一茬又一茬”。

云南大學(xué)團(tuán)隊1997年開始進(jìn)行多年生稻試驗。2016年開始大田試驗，針對多年生稻的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性以及病蟲害防控等各環(huán)節(jié)耐心實(shí)驗。他們利用多年生野生水稻，與一年生的栽培水稻雜交，經(jīng)過多次自交，篩選培育出多年生水稻品系，最終3個水稻品種通過國家審定。

新品系水稻，在最低月平均氣溫不低于13.5℃，持續(xù)低于4℃的時間不超過5天的稻作區(qū)均可種植。這些多年生水稻可連續(xù)種植4年，每年收獲2季，平均畝產(chǎn)量還略高于一年生水稻。多年生水稻可跳過育秧和栽種等耕作環(huán)節(jié)，總體上節(jié)約一半的生產(chǎn)投入。而且，種植多年生水稻，能改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，是一項生態(tài)友好的技術(shù)。