這一年科技創(chuàng)新不斷塑造新優(yōu)勢

金鳳

當張家口的風吹亮北京的燈，當“最快的冰”讓賽場內外的運動員和觀眾享受到速度與激情，一場科技感、未來感十足的2022年北京冬季奧運會（以下簡稱冬奧會）讓科技大放異彩，而這僅僅是科技成果在2022年集中綻放的煙花一朵。

這一年，“夸父一號”收獲首批太陽觀測科學圖像，“墨子號”實現(xiàn)1200公里地表量子態(tài)傳輸；這一年，“大國重器”扛起制造強國使命，國產大飛機C919正式交付市場，“華龍一號”示范工程全面建成投運……

致廣大而盡精微，我們在科技的世界探尋所來何處，不斷開拓新途。以國家戰(zhàn)略需求為導向，進行原創(chuàng)性引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰(zhàn)，增強自主創(chuàng)新能力，探索的腳步從未停歇。

科技與冬奧“雙向奔赴” 一大批科技成果助力賽事舉辦各環(huán)節(jié)

從國際先進的二氧化碳跨臨界直冷制冰到航天級技術打造的國產雪車，從助力運動員減阻、防切割的服裝面料到能健康監(jiān)測的智能遙控床，從實現(xiàn)冬奧場館100%綠電供應到世界首例單板大跳臺與空中技巧的賽道剖面轉換……冬奧會在為世界呈現(xiàn)一屆精彩的冰雪賽事同時，也將現(xiàn)代科技與中國智慧的魅力，融入場館、運行、指揮、安保、醫(yī)療、氣象、交通、轉播、觀賽等關鍵場景中。

從申辦冬奧會成功伊始，“科技冬奧”就成為冬奧會籌辦工作的關鍵詞之一。此后，科技部會同有關部門和地方圍繞零排供能、綠色出行、5G共享、運動科技、清潔環(huán)境等8個方面統(tǒng)籌設計重點任務，并最終確定了科學辦賽、運動科技、智慧觀賽、安全保障、綠色智慧示范5個方向。

“科技冬奧”的深謀遠慮，帶來的成績有目共睹——在冬奧會重點場館建設方面，賽道設計、結構建造、關鍵用材等方面多項技術實現(xiàn)新突破，例如毫米級混凝土噴射成型技術首次被用于國家跳臺滑雪中心和雪車雪橇中心等場館建設，打破國外技術壟斷；在賽事保障方面，自主研發(fā)的“百米級、分鐘級”高精度氣象預報系統(tǒng)，填補了國內復雜地形短臨預報領域的空白……

冬奧會鑄就的冰雪傳奇已經載入史冊，科技創(chuàng)新帶來的智慧、低碳、可持續(xù)發(fā)展理念也已融入后冬奧時代的城市運營、冰雪產業(yè)、居民生活方式之中?？萍寂c冬奧會于2022年的這次“雙向奔赴”，必將在未來創(chuàng)造更多的傳奇。

柵極長度最小晶體管問世 將柵極尺寸極限縮小到僅一層碳原子厚度

晶體管是芯片的核心元器件。更小的柵極尺寸使芯片上能集成更多的晶體管，從而提升性能。近年來，隨著晶體管的物理尺寸進入納米尺度，電子遷移率降低、漏電流增大、靜態(tài)功耗增大等短溝道效應越來越嚴重。因此，新結構和新材料的開發(fā)迫在眉睫。

3月10日，國際學術期刊《自然》在線發(fā)表的一篇文章，傳來令人振奮的消息：清華大學集成電路學院教授任天令團隊，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性能。

目前主流工業(yè)界晶體管的柵極尺寸在12納米以上。為進一步突破1納米以下柵長晶體管的瓶頸，任天令團隊巧妙利用石墨烯薄膜超薄的單原子層厚度和優(yōu)異的導電性能，將其作為柵極，通過石墨烯側向電場來控制垂直的二硫化鉬溝道的開關，從而實現(xiàn)等效的物理柵長為0.34納米。

紐約州立大學布法羅分校納米電子學科學家李華民評價說，這項新工作將柵極的尺寸極限進一步縮小到“僅一層碳原子的厚度”。

如何讓1納米以下柵長晶體管從實驗室走向產業(yè)化？任天令說：“1納米以下柵長晶體管只是一個維度的尺寸微縮，未來還需要配合溝道的微縮，而這需要借助光刻機，比如把溝道尺寸通過極紫外光刻進一步微縮到5納米，并進一步實現(xiàn)超大規(guī)模芯片的制備?！?blockquote>

這一年，“夸父一號”收獲首批太陽觀測科學圖像，“墨子號”實現(xiàn)1200公里地表量子態(tài)傳輸；這一年，“大國重器”扛起制造強國使命，國產大飛機C919正式交付市場，“華龍一號”示范工程全面建成投運……

“華龍一號”示范工程建成投運 助力優(yōu)化能源結構、實現(xiàn)“雙碳”目標

作為我國核電走向世界的“國家名片”，“華龍一號”是當前核電市場接受度最高的三代核電機型之一，是我國核電企業(yè)研發(fā)設計的具有完全自主知識產權的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果，滿足國際最高安全標準，完全具備批量化建設能力，已成為中國為世界貢獻的三代核電優(yōu)選方案。

3月25日，我國自主三代核電“華龍一號”示范工程第2臺機組——中核集團福清核電6號機組正式具備商運條件，至此中核集團“華龍一號”示范工程全面建成投運。

福清核電5、6號兩臺機組是“華龍一號”全球示范工程，5號機組2021年1月投入商業(yè)運行。中核集團“華龍一號”示范工程全面建成后，兩臺機組年發(fā)電能力近200億千瓦時，相當于每年減少標準煤消耗624萬噸、減少二氧化碳排放1632萬噸，相當于植樹造林1.4億棵，對優(yōu)化我國能源結構、推動綠色低碳發(fā)展、助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標具有重要意義。

“華龍一號”在采用經工程驗證的成熟技術基礎上，獨創(chuàng)性地采用“177堆芯布置”和“能動與非能動相結合”的安全設計理念，首堆設備國產化率達88％，還運用了單堆布置、雙層安全殼等設計理念，充分保證了電廠安全性、經濟性和先進性。

二氧化碳“變身”葡萄糖 提供人工和半人工合成糧食新路徑

將二氧化碳“變廢為寶”、轉化為高附加值化合物，是科技界持續(xù)攻關的重要課題。我國科學家此前在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。但二氧化碳除了“變身”淀粉，還能“變身”其他東西嗎？

4月28日，刊發(fā)于國際學術期刊《自然·催化》的一篇封面文章給出了肯定答案：我國科學家獨創(chuàng)了一種二氧化碳轉化新路徑，通過電催化與生物合成相結合，成功以二氧化碳和水為原料合成了葡萄糖和脂肪酸，為人工和半人工合成糧食提供了新路徑。

此項研究中，科研人員首先將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，然后用釀酒酵母對乙酸進行發(fā)酵?！斑@個過程可以理解為，先將二氧化碳轉化為釀酒酵母的‘食物乙酸，然后釀酒酵母不斷‘吃醋來合成葡萄糖和脂肪酸。”研究完成者之一、中國科學技術大學教授曾杰說。

自然界中糧食作物生長受季節(jié)、地域、氣候的影響，而此項研究使“糧食生產”實現(xiàn)人工可控，突破了眾多外界條件限制?！袄眠@種電催化與生物合成相結合的模式，‘從無到有地在克級水平合成了葡萄糖，這顯示了該策略較高的生產水平與發(fā)展?jié)摿??！?研究完成者之一、中國科學院深圳先進技術研究院研究員于濤說。

“墨子號”再創(chuàng)紀錄 實現(xiàn)1200公里地表量子態(tài)傳輸

“這個實驗比以前的實驗更具挑戰(zhàn)性，克服了重大技術挑戰(zhàn)，對未來量子通信應用具有重要意義?！?月，中國科學院院士潘建偉團隊刊發(fā)于國際權威學術期刊《物理評論快報》的一篇文章獲得審稿人的這一評價。

在這項研究中，潘建偉及其同事利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，首次實現(xiàn)了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態(tài)遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。

利用量子隱形傳態(tài)實現(xiàn)遠距離量子態(tài)傳輸，是構建量子通信網的重要途徑。但在實現(xiàn)過程中，量子糾纏分發(fā)的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素影響，如何突破傳輸距離限制，一直是國際量子通信研究的核心問題之一。

潘建偉團隊創(chuàng)新性地將光學一體化粘接技術應用到空間量子通信領域，實現(xiàn)了具有超高穩(wěn)定性的光干涉儀，克服了遠距離湍流大氣傳輸后的量子光干涉難題。他們結合基于雙光子路徑—偏振混合糾纏態(tài)的量子隱形傳態(tài)方案，在中國云南麗江站和青海德令哈地面站之間完成了遠程量子態(tài)的傳輸驗證，并且在實驗中對6種典型的量子態(tài)進行了驗證，傳送保真度均超越了經典極限。

2012年，潘建偉團隊在國際上首次實現(xiàn)百余公里自由空間量子隱形傳態(tài)。10年后，他們成功實現(xiàn)突破，創(chuàng)造了1200公里地表量子態(tài)傳輸?shù)男率澜缂o錄。

全球海拔最高自動氣象站建成 為觀測珠峰地區(qū)氣候環(huán)境變化提供一手數(shù)據(jù)

青藏高原被稱為地球第三極和亞洲水塔，是季風和西風的巨型調節(jié)器，對全球氣候變化有著重要影響。5月4日中午，第二次青藏科考“巔峰使命”珠峰科考登頂?shù)谝惶蓐?2名隊員成功登頂，在珠峰8830米架設了全球海拔最高的自動氣象站。

珠峰是青藏高原的標志，珠峰科考也成為第二次青藏科考的重要內容。第二次青藏科考隊隊長、現(xiàn)場總指揮、中國科學院院士姚檀棟表示，此次完成氣象站架設后，珠峰地區(qū)從海拔5200米至8830米就建成了8個氣象梯度觀測站點，為觀測珠峰地區(qū)的氣候環(huán)境變化提供珍貴的第一手數(shù)據(jù)。

姚檀棟介紹，此次科考是全球首次在珠峰峰頂實施綜合科學考察研究。除了架設氣象站，登頂科考隊員還完成了利用高精度雷達測量冰雪厚度、采集冰雪樣品、采集珠峰頂部上空大氣等峰頂科考任務?！拔覀兪状卧谥榉宸屙攲嵤┚C合科考取得的新認識、獲得的新突破，是對科學的貢獻、對人民的貢獻、對國家的貢獻和對全球的貢獻?！币μ礂澱f。

據(jù)了解，我國自20世紀50年代起開展了超過6次的珠峰科考活動。過去受限于條件，對于珠峰這樣一個標志性地點，科學家做的大都是海拔五六千米的研究，對于8000米以上的研究存在很多空白。

此次“巔峰使命”珠峰科考是2017年第二次青藏科考啟動以來學科覆蓋面最廣、參加科考隊員最多、采用儀器設備最先進的綜合性科考，可稱為人類在珠峰地區(qū)開展極高海拔綜合科學考察研究的一次壯舉。

“從魚到人”關鍵環(huán)節(jié)補齊 刷新對有頜類早期演化歷史的認知

從魚到人的演化中最關鍵的躍升環(huán)節(jié)具體在何時、何地、如何發(fā)生？9月，登上國際權威學術期刊《自然》的4篇文章，迅速將這一問題送上熱搜?！皬聂~到人”的演化并不是從魚直接變成人，而是一部長達5億多年的演化史。

演化史中間經歷了多次重大的演化事件，其中，頜的起源與有頜類的崛起稱得上最關鍵的躍升之一。然而，這一躍升究竟是如何發(fā)生的，一直困擾著古生物學界。其中有頜類的早期演化存在一段至少3000萬年的巨大空白。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊在重慶、貴州等地約4.4億年前的志留紀早期地層中發(fā)現(xiàn)“重慶特異埋藏化石庫”和“貴州石阡化石庫”，首次為有頜脊椎動物的崛起與最早期輻射分化提供了確切證據(jù)，并據(jù)此取得一系列新發(fā)現(xiàn)，刷新了對有頜類早期演化歷史的傳統(tǒng)認知。

研究團隊應用高精度CT、性狀大數(shù)據(jù)分析等新技術新方法，向世界首次展示出最早有頜類的牙齒、頭部等身體結構與解剖學信息。

其中，雙列黔齒魚的齒旋將有頜類牙齒最早化石證據(jù)前推了1400萬年；有頜的蠕紋沈氏棘魚是迄今所知最早的保存完好的軟骨魚，確證了鯊魚是從“披盔戴甲”的祖先演化而來；有頜魚類奇跡秀山魚糅合了多個盾皮魚大類的特征，為探究有頜類“生命之樹”根部主要類群的起源，以及脊椎動物頭骨演化提供了珍貴資料。

大氣田寶島21-1現(xiàn)身深水 天然氣探明地質儲量超500億立方米

挺進“深藍”，再獲突破。10月19日晚，中國海油宣布在海南島東南部海域瓊東南盆地再獲勘探重大突破，發(fā)現(xiàn)了我國首個深水深層大氣田寶島21-1，探明地質儲量超過500億立方米，實現(xiàn)松南—寶島凹陷半個多世紀以來的最大突破，是深海深地探測取得的有力進展。在海洋油氣勘探領域，一般把水深超過300米的水域稱為深水，把井深超過3500米的井定義為深層井。此次發(fā)現(xiàn)的寶島21-1氣田位于海南島東南部海域深水區(qū)，最大作業(yè)水深超過1500米，完鉆井深超過5000米，距離“深海一號”超深水大氣田約150公里，海洋地質條件極端復雜。

進入新時代以來，中國海油利用新的勘探技術，向更深層進發(fā)，五探“寶島”，終于發(fā)現(xiàn)了一批新的有利構造。通過目標優(yōu)選，中國海油研究人員發(fā)現(xiàn)，寶島21-1具有大型三角洲發(fā)育的構造背景，最有可能是一個大中型氣田。部署的第一口預探井就鉆遇氣層113米，創(chuàng)下深水區(qū)單井氣層最厚的紀錄。經測試，該氣田可日產天然氣58.7萬立方米，評審批復天然氣探明地質儲量超500億立方米，凝析油探明地質儲量超300萬立方米。

中國海油海南分公司總地質師吳克強表示：“寶島21-1的成功發(fā)現(xiàn)，不僅證實了寶島凹陷的勘探潛力，也表明我們在深水深層勘探技術上取得了重要突破，對類似層系的勘探具有重要的指導意義?！?p>

全球首架C919交付市場 邁出民航商業(yè)市場運營的第一步

“東方919，很高興迎來中國民航首個C919航班，祝國產大飛機越飛越好?！?/p>

“收到，塔臺，C919很棒，東航一定會全力飛好?！?/p>

12月9日，一架編號為B-919A的C919大型客機從上海浦東國際機場啟航飛往上海虹橋機場。這一段短短的航程，標志著全球首架C919大型客機交付首家用戶——中國東方航空股份有限公司，也意味著我國大飛機事業(yè)發(fā)展迎來新的里程碑，邁出民航商業(yè)市場運營的第一步。歷經幾代人的努力，我國民航運輸市場首次擁有了中國自主研發(fā)的噴氣式干線飛機。

C919大型客機是我國按照國際通行適航標準研制、具有完全自主知識產權的全球新一代單通道干線客機，2007年立項，2017年首飛，2022年9月29日取得中國民航局型號合格證，11月29日取得中國民航局生產許可證。

C919大型客機采用先進氣動設計、先進推進系統(tǒng)和先進材料，碳排放更低、燃油效率更高。民用飛機設計具有高度的復雜性，一輛汽車大概有7000個零件，而一架飛機的零件數(shù)量超過400萬個，圖紙有7萬多張，管線有200多公里長。

15年來，我國成功探索出一條中國設計、系統(tǒng)集成、全球招標、逐步提升國產化的發(fā)展路徑。如今，大飛機事業(yè)邁入規(guī)?；盗谢l(fā)展新征程，對推動全球航空產業(yè)鏈合作創(chuàng)新、加速我國民航運輸市場供給側結構性改革、助力構建國內國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局，具有重要意義。

“夸父一號”交出首份成績單 首批觀測圖像驗證載荷的觀測能力

神話故事里的“夸父逐日”，如今隨著一顆科學衛(wèi)星的升空有了現(xiàn)實的模樣。12月13日，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”衛(wèi)星首批科學圖像新聞發(fā)布會發(fā)布了“夸父一號”自2022年10月9日成功發(fā)射以來，3臺有效載荷獲取的若干對太陽的科學觀測圖像，實現(xiàn)了多項國內外首次，在軌驗證了“夸父一號”3臺有效載荷的觀測能力和先進性?！翱涓敢惶枴笔紫茖W家、中國科學院紫金山天文臺研究員甘為群介紹，在軌兩個月期間，“夸父一號”按照既定計劃，開展了大量對太陽的在軌測試和觀測。其中，全日面矢量磁像儀（FMG）實現(xiàn)了我國首次在空間開展太陽磁場觀測，已獲得的太陽局部縱向磁圖的質量達到國際先進水平，為聚焦“一磁兩暴”科學目標，實現(xiàn)高時間分辨、高精度的太陽磁場觀測奠定了良好的基礎。

同時，太陽硬X射線成像儀（HXI）實現(xiàn)了我國首次太陽硬X射線成像，提供了地球視角目前唯一的太陽硬X射線圖像，圖像總體質量達到國際一流水平，為實現(xiàn)對太陽耀斑展開非熱輻射空間分布、時間結構、能譜特征觀測奠定了堅實的基礎。

萊曼阿爾法太陽望遠鏡（LST）的3個子載荷之一，太陽日面成像儀（SDI）在國際首次實現(xiàn)在衛(wèi)星平臺上獲得萊曼阿爾法波段全日面像，其中對日珥的演化圖像清晰完整。另一個子載荷——太陽白光望遠鏡（WST）觀測到太陽邊緣上2個罕見的“白光耀斑”，萊曼阿爾法波段的觀測能力得到了驗證。

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，早日轉入在軌科學運行階段。

◎來源|科技日報