當張家口的風吹亮北京的燈，當“最快的冰”讓賽場內(nèi)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(chǎn)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(lǐng)性科技攻關(guān)，堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)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(shù)打造的國產(chǎn)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(zhuǎn)換……冬奧會在為世界呈現(xiàn)一屆精彩的冰雪賽事的同時，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(zhuǎn)播、觀賽等關(guān)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(guān)鍵詞之一。此后，科技部會同有關(guān)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(shè)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(shè)方面，賽道設(shè)計、結(jié)構(gòu)建造、關(guān)鍵用材等方面多項技術(shù)實現(xiàn)新突破，例如毫米級混凝土噴射成型技術(shù)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(shè)，打破國外技術(shù)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(nèi)復雜地形短臨預報領(lǐng)域的空白……
冬奧會鑄就的冰雪傳奇已經(jīng)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(chǎn)業(yè)、居民生活方式之中。科技與冬奧會于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(jié)構(gòu)和新材料的開發(fā)迫在眉睫。
3月10日，國際學術(shù)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(cè)向電場來控制垂直的二硫化鉬溝道的開關(guān)，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(chǎn)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?！?/p>
“華龍一號”示范工程建成投運
助力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、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(shè)計的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(shè)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(jié)構(gòu)、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(jīng)工程驗證的成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，獨創(chuàng)性地采用“177堆芯布置”和“能動與非能動相結(jié)合”的安全設(shè)計理念，首堆設(shè)備國產(chǎn)化率達88％，還運用了單堆布置、雙層安全殼等設(shè)計理念，充分保證了電廠安全性、經(jīng)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(zhuǎn)化為高附加值化合物，是科技界持續(xù)攻關(guān)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(shù)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(zhuǎn)化新路徑，通過電催化與生物合成相結(jié)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。“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’乙酸，然后釀酒酵母不斷‘吃醋’來合成葡萄糖和脂肪酸?！毖芯客瓿烧咧弧⒅袊茖W技術(shù)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(chǎn)”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(jié)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(chǎn)水平與發(fā)展?jié)摿Α！?研究完成者之一、中國科學院深圳先進技術(shù)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(shù)挑戰(zhàn)，對未來量子通信應用具有重要意義。”4月，中國科學院院士潘建偉團隊刊發(fā)于國際權(quán)威學術(shù)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(gòu)建全球化量子信息處理和量子通信網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建量子通信網(wǎng)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(zhì)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(shù)應用到空間量子通信領(lǐng)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(jié)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，并且在實驗中對六種典型的量子態(tài)進行了驗證，傳送保真度均超越了經(jīng)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(diào)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(shè)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(nèi)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(shè)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(shè)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(shè)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(guān)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(guān)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(quán)威學術(shù)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(jīng)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(guān)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(shù)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)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(lǐng)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(zhì)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(shù)，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(gòu)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(gòu)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(jīng)測試，該氣田可日產(chǎn)天然氣58.7萬立方米，評審批復天然氣探明地質(zhì)儲量超500億立方米，凝析油探明地質(zhì)儲量超300萬立方米。
中國海油海南分公司總地質(zhì)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(shù)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)權(quán)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(chǎn)許可證。
C919大型客機采用先進氣動設(shè)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(shè)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(shè)計、系統(tǒng)集成、全球招標、逐步提升國產(chǎn)化的發(fā)展路子。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(chǎn)業(yè)鏈合作創(chuàng)新、加速我國民航運輸市場供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、助力構(gòu)建國內(nèi)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(nèi)外首次，在軌驗證了“夸父一號”三臺有效載荷的觀測能力和先進性。
“夸父一號”首席科學家、中國科學院紫金山天文臺研究員甘為群介紹，在軌2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(zhì)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(chǔ)。
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(zhì)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(jié)構(gòu)、能譜特征觀測奠定了堅實的基礎(chǔ)。
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(zhuǎn)入在軌科學運行階段。（本報記者 金鳳）
轉(zhuǎn)自：科技日報
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延伸閱讀
上半年汽車工業(yè)多項經(jīng)濟指標創(chuàng)新高
