中国科研经费都花在哪了?上天入地无所不至!

2018-01-30 11:50:17 quecongsoft 263

网易科技讯1月30日消息,中关村近百位企业家及企业代表近日齐聚中国科学院文献情报中心,参观中国科学院创新成果展。在中科院创新成果展的展厅当中,从遨游太空的空间科学卫星、到深海探秘的科考装备,上天入海的国之重器,涉及各个领域。

具体成果而言:主要包含面向国家重大需求、面向世界科技前沿、面向世界科技前沿、面向世界科技前沿四个方面。

细节方面,四大方面里包含:深空、深海、深蓝;宇宙起源、地球演化、物质创制与未来技术;人口与健康、能源、制造业、生态文明、农业。

其中,在具体成就方面包括,墨子号、悟空号、慧眼号的发射;“海斗号”全海深无人潜水器,万米深渊科考;量子通信技术、世界首台光量子计算机;寒武纪芯片;FAST天眼;铁基超导;幽灵粒子;400×500毫米世界最大面积的中阶梯光栅;人造小太阳;“渤海粮仓”科技示范工程等等。

以下是中科院成就一览:

一、面向国家重大需求

1.深空【空间科学先导专项、载人航天和探月工程】目前,中国科学院已成功研制、发射和运行4颗空间科学卫星。

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(1)“墨子号”量子卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发,相关成果已于6月16日以封面论文的形式发表在国际权威学术期刊《科学》上。

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(2)“悟空号”暗物质卫星有望近期发布重大科学成果;

(3)实践十号卫星在轨开展了19项空间科学实验,其中的15项为国际首次;

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(4)“慧眼号”硬X射线调制望远镜卫星已于今年6月15日成功发射,将对黑洞等现象进行高灵敏探测。

(5)2020年前后,中科院还将实施EP(爱因斯坦探针)、ASO-S(先进天基太阳天文台)、SMILE(太阳风-磁层相互作用全景成像卫星)等多项空间科学卫星计划,进一步推进中国空间科学事业的创新发展。

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(6)天宫二号上的空间冷原子钟,运行频率稳定度达8 ×10-16以下,目前属国际最高水平,抢占了国际空间时频基准战略制高点。

(7)嫦娥三号着陆器上唯一仍在轨开展科学探测任务的月基光学望远镜,正常在轨运行已达44个月,也是世界上唯一的月基天文台。

2.深海【深海技术装备和万米深渊科考】

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(1)中科院完成了中国首次万米深渊科考,抢占深海科技前沿制高点。

(2)中科院研发国际领先水平自主谱系化全海深高技术装备,包括创造了中国水下机器人的最大下潜及作业深度记录(10767米)的“海斗号”全海深无人潜水器,刷新世界最大下潜世界深度(6329米)的“海翼”号深海滑翔机,以及全海深海底地震仪、全海深着陆器、全海深原位试验系统等,引领中国海洋技术装备能力跨越发展。

(3)中科院组建了由“科学”、“探索”和“实验”三个系列6艘海洋综合考察船组成的中科院海洋科考船队,其中科学号和探索一号科学船具备全海深作业能力,建成国际一流的深远海综合探测体系,引领中国深远海科考平台和探测装备发展。

(4)中科院组织实施了多次热带西太平洋和马里亚纳海沟深渊科考,在深海科技前沿领域取得一批重要成果,建成了国际上最大规模的热带西太平洋潜标观测网,国际上首次实现深海潜标观测数据实时传输,深海地形分辨率达到国际领先的厘米级,历史性地确立了中国引领国际西太平洋前沿研究的地位,为中国海洋环境安全保驾护航。

(5)中科院将继续积极对接承担智慧海洋工程等国家重大科技任务,推动国产4500米载人深潜器和全海深载人潜水器相关工作,积极推动深海技术国家实验室建设,为中国海洋强国建设做出更大的贡献。

3.深蓝【量子通信关键技术与世界首台光量子计算机】

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(1)中科院量子信息与量子科技创新研究院研究团队首次将量子通信的安全距离突破百公里,打开了量子通信技术实用化的大门。突破了城域量子通信网络的关键技术,发展了国际上综合性能最好的量子存储器,提出并实现了可实用的可信中继方法以实现城际量子通信。

(2)2016年8月16日,由中科院主导研制的国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射,在国际上率先实现千公里级的星地量子保密通信,为构建覆盖全球的广域量子通信网络提供可靠的技术支撑。

(3)2016年底,中科院主导研制的连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”全线贯通,推动了量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用,带动相关产业发展。

(4)最近,中科大成功构建了首台超越早期经典计算机计算能力的光量子计算机。

(5)在2016年首次实现十光子纠缠操纵的基础上,利用高品质量子点单光子源构建了用于玻色取样的多光子可编程量子计算原型机,具备了超越早期经典计算机的量子计算能力。

(6)在超导体系中,由中科大,浙大和物理所合作,首次实现了十个超导量子比特的纠缠,打破了之前由谷歌、UCSB公开报道的九个超导量子比特的操纵的记录,并实现了求解线性方程组的量子算法。上述成果最终实现“量子称霸”。

【寒武纪芯片】

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(1)中科院面向“感知中国”的新一代信息技术先导专项研制出了全球首个深度神经网络处理器“寒武纪”,支持的深度神经网络,应用于智能应用中,包括图像识别、目标跟踪、语音识别、机器翻译和医疗诊断中。深度神经网络也应用到了AlphaGo和谷歌大脑中。寒武纪芯片每秒能处理160亿个神经元和2万亿个突触运算,比主流通用处理器性能和能效提高100倍。

(2)寒武纪团队及国际合作者前期的相关论文两次获得计算机体系结构顶级会议ASPLOS和MICRO最佳论文。IBM、Intel、HP、微软、MIT、哈佛大学、斯坦福大学、UCLA、哥伦比亚大学和佐治亚理工等国外知名机构纷纷跟踪引用寒武纪开展深度神经网络硬件探索。

(3)目前寒武纪已完成专利布局,成立了创业企业,开展产业化工作,正在与曙光合作研制智能云服务器,与多个核心手机芯片厂商合作研制面向下一代智能手机芯片的智能IP。

二、面向世界科技前沿

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1.宇宙的起源【FAST为科学新发现提供独一无二的手段】

500米口径球面射电望远镜,中国天眼,简称FAST, FAST是目前国际上口径最大的单天线望远镜。和国际上同类型的大口径射电望远镜相比,FAST有三个最主要的创新点:

“大”:利用了地球上独一无二的优良台址―贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜的台址,面积相当于30个标准足球场。

“活”:自主发明了主动变形反射面(8895根钢索和4450块三角形反射面板)。

“轻”:自主提出轻型索支撑馈源平台建设,实现了望远镜接收机的高精度指向跟踪,同类型望远镜的馈源舱达上千吨、上万吨重。

FAST最终可以实现大天区、高精度的天文观测。

2.地球的演化【中国主导的首个“第三极环境”国际计划】

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在地球演化方面,中国科学院立足国内,放眼全球,围绕气候变化、生物起源与演化、华北克拉通破坏、地球深部勘探关键技术与设备、青藏高原第三极等领域方向,积极承担国家重大任务,自主部署先导科技专项、大力推进四类机构建设。

地球上南极北极两个地理极,也有以青藏高原为核心的地貌极,科学家把青藏高原及周边地区称为地球第三极。由于其地理上的特殊性(高海拔),其环境变化对亚洲人类生存环境、甚至北半球乃至全球环境产生深远影响。

中科院主导完成了《青藏高原环境变化科学评估》,和《西藏的发展与进步》白皮书。

冰芯封存了历史上青藏高原环境变化的信息,通过对冰芯记录研究发现,南亚国家工业排放正在输送到青藏高原,工业排放的黑碳输送和沉积加剧了青藏高原冰川的融化(在海拔7000米处采集冰芯)。总结出三种模态。青藏高原正处于2000年来气候最暖的时期。

该研究成果负责人姚檀栋院士获得瑞典国王颁发的维加奖,此奖被称为地理学领域的诺贝尔奖。

3.物质创制与未来技术

【铁基高温超导研究】

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铁基超导是人类发现的第二个高温超导材料家族,以赵忠贤院士为代表的中国科学家发现了大量的铁基高温超导体,并且一直保持最高超导温度的世界记录(零下218)。基于铁基超导材料制备方面的优势,中国科学家迅速开展了超导机理的研究,取得了骄人的成绩。铁基高温超导团队获得了2016年的国家自然科学一等奖。

注释:超导具有零电阻和完全抗磁的特性,在现实中有着广泛的应用前景,例如:超导态中的电子在流动过程中完全没有能量损耗,可用于远距离的电力传输;而磁悬浮列车的设计制造,则利用了超导的完全抗磁性。但是,常规超导体只有在很低的温度下才能进入超导态,严重制约了它的应用,人们迫切希望发现高温超导甚至室温超导的材料。

【发现“幽灵粒子”――中微子振荡新模式】

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物理学家发现,世间万物皆由基本粒子组成。它们的性质关乎宇宙的起源和演化。其中最受关注,但也最难探测的是被称为“幽灵粒子”的中微子。

2012年,大亚湾反应堆中微子实验团队率先发现了中微子新的振荡模式

2015年又精确测得中微子混合角θ13值,被认为是“中微子物理的一个里程碑”。θ13是首次在中国测得的粒子物理基本参数,相关数值有望在未来数十年间保持世界领先,标志中国的中微子实验研究步入了世界前列。相关团队获2016年度的基础物理学突破奖和国家自然科学一等奖。

同时,瞄准“中微子质量顺序”这一重大科学问题,中科院又启动了江门中微子实验。

目前,相关工作取得很好的进展,突破了一批关键技术难题,例如研制成功并量产世界领先的大口径光电倍增管,打破了国际上的垄断,解决了相关研究“卡脖子”的难题。这些工作有望在未来使我国的基础物理研究再上新的台阶。

【系列高能光源】

光源可以被比喻为超级显微镜,观测我们肉眼看不到的物质的微观结构。

世界上发达国家都很重视光源建设。科学家依托上海光源取得了一批重大成果:研究了埃博拉病毒膜融合激发机制,为应对埃博拉病毒病疫情及防控提供了重要的理论基础;解析了高致病性H5N1禽流感病毒结构,在禽流感跨种传播研究领域取得突破;对催化剂结构进行表征,在甲烷高效转化研究中取得重大突破。

X射线自由电子激光是继同步辐射光源之后性能更为卓越的X射线光源,具有超高的峰值亮度、超短的脉冲。它能在分子、原子和电子尺度上观测和控制物质的结构及其动态过程,比如:能为化学反应拍摄“电影”,观测蛋白质结构的动态变化过程。

目前,在上海,软X射线自由电子激光装置已经出光,正在调试;硬X射线自由电子激光装置已经获得国家立项批复。

与此同时,我国在大连建成了极紫外波段的自由电子激光装置―大连光源,这也是目前世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置。大连光源于2016年9月底安装完成,首次出光,2017年1月,大连光源发出世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲,单个皮秒激光脉冲可产生140万亿个光子,成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。我国率先建成这一先进光源,对推动我国乃至世界在这些领域的研究发展有着极其重要的意义。

超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度综合极端物理条件,在激光聚变、原子分子物理、高能量密度物理等领域具有重大应用价值。我院成功实现了峰值功率5.4拍瓦(相当于全球电网平均功率的2000多倍)、脉冲宽度24飞秒的激光脉冲输出(1飞秒,相当于光穿过像一张纸一样薄的距离所需要的时间),是当前国际最高峰值功率的超强超短激光。预计2017年底在全世界率先实现10拍瓦激光输出目标,2018年建成面向用户的实验装置。

三、面向国民经济主战场

1.人口与健康

【重离子治癌精准“无创手术刀”】

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中国癌症高发,亟需发展先进的治疗技术。重离子束是重的带电离子,杀死肿瘤细胞的效率高,对离子束穿透的正常组织损伤小,特别适合于不易手术和常规放疗无效的肿瘤治疗,被誉为最先进的放疗方法。

中科院近代物理所在大量基础和技术研究的基础上,与医疗机构合作开展了213例患者的重离子临床前期试验研究,成为国内第一家、世界上第四家实现重离子临床治疗的机构。

2012年开始分别在甘肃省武威市和兰州市建设重离子治疗示范装置,价格是国外同类产品的三分之一,维护费用是其二分之一,治疗头布局更合理,具有完全自主知识产权。

【干细胞与再生医学研究】

在干细胞领域,中国科学院在国际机构年度发文量的国际排名已经从2010年的42位跃升至2015年的第3位;年度专利申请数的国际排名2015年已上升至第2位,引领中国干细胞研究和应用整体进入国际第一阵营。

中科院通过战略性先导专项的研究,获得了一系列具有重大临床应用前景的突破――采用干细胞结合智能生物材料,发明的引导子宫内膜再生材料的临床研究已有多例患有子宫内膜瘢痕化的不孕受试者怀孕,首批11例不孕受试患者就有8例婴儿顺利出生,三年来先后让13位重度患者成功受孕并分娩,共计诞生14名健康的“再生医学宝宝”,还有9位妊娠中。发展的脊髓损伤再生修复技术已成功使首例腰段脊髓损伤受试者运动功能方面得到显著改善,生活自理能力显著提高。开展了干细胞治疗帕金森病和眼睛黄斑病变的临床探索,取得显著疗效。

2.能源

【煤炭清洁高效利用核心技术及产业化】

煤炭作为中国的主力能源,预计在很长一段时间内难以改变。因此,中科院认为在“能源革命”中必须依靠科技创新从供给侧首先解决煤炭的清洁、高效和高值化利用的问题。

中科院的主要以热解为先导、催化为核心的梯级利用全链条核心关键技术。通过企业合作,相关创新技术成果已经得到规模应用,技术水平居国内乃至国际领先地位。

3项代表性成果:

一是山西煤化所的煤间接液化技术,就是煤气化后经费托合成高品质燃油。这项技术已成功应用于全球单套规模最大的神华宁煤400万吨煤制油工程。

二是大连化物所的DMTO技术,就是煤气化后合成甲醇再转化为烯烃。截止目前,这项技术已投产装置12套,年产低碳烯烃超过700万吨,年产值超过700亿元。

三是工程热物理所的预热燃烧循环流化床技术,可在提高燃烧效率的同时显著降低氮化物的排放。目前这项技术应用已累计超过3000台,占国内市场一半以上份额,并辐射东南亚。这几项技术都是中国自主原创,居于国际领先水平,目前研究所仍在致力于新一代技术开发,进一步提高技术经济竞争力,支撑中国煤炭清洁转化新兴战略产业。

另外,中科院还在开展低耗水、低耗能、低排放的煤经合成气直接制取烯烃、二氧化碳的资源化利用等技术研发。

【未来先进核能】

核能作为人类的未来能源,目前仍面临着核安全、核燃料稳定供应和核废料安全处置这三大核心挑战。

(1)在前期系列重大阶段突破的基础上,中科院原创提出了“加速器驱动先进核能系统”这一全新的概念方案。得益于强大的加速器外中子源,这个系统能够将处理核废料、增殖核燃料和核电产能三大功能集于一身,并且具有高安全性,被认为是超越第四代反应堆技术的先进核能系统,有望将铀资源利用率由目前压水堆的约1%提高到约95%。同时它的“核废料”不仅放射寿命在500年之内,充分衰变后还是宝贵的稀土资源。因此,这项技术将使核裂变能成为可持续数千年、安全和清洁的战略能源,并将为全人类核能科技发展贡献来自中国的原始创新。

(2)磁约束核聚变方面, “东方超环”,也被公众形象地叫做“人造小太阳”。就在7月3日,中科院在这个装置上实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这一成果不仅标志着中国在这一领域将继续引领国际前沿,同时对国际ITER计划和中国自己的聚变工程实验堆建设和运行具有重大的科学意义。

3.制造业

【在精密机械王冠争夺战中拔得头筹】

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(1)经过8年的努力,中科院研制出了400×500毫米世界最大面积的中阶梯光栅,此前只有美国能做,但也只有316×408毫米。这个项目的完成,标志着中国的光栅制造能力达到国际领先水平,打破了中国大型光学系统、远程探测等战略高技术领域光栅应用受制于人的局面,实现了“中国光栅梦”。

衍射光栅是一种具有纳米精度的超精密光学元件,是分析万物光谱信息的“芯片”,应用非常广泛,不仅是各类光谱仪器的“心脏”,同时在战略高技术如激光器、光通讯等众多领域也有非常重要的应用。

光栅制造用的机器叫光栅刻划机,被誉为“精密机械之王”。这块光栅的制造相当于在一根头发丝上用金刚石刀具刻出20-30条形貌相同的平行刻槽,可想而知这个光栅刻划机有多高的精度。为了刻出这种光栅,中科院自主研制了光栅刻划机,突破了光栅刻划机用的超高精度丝杠、导轨、蜗轮等关键技术,这些部件的精度几乎都冲击“极限”水平。因此,大光栅刻划机和大光栅的研制成功,表明中国的精密机械制造技术达到了国际领先,必将带动高端装备制造水平的提高。

4.生态文明

【“天地一体化”全国生态系统调查评估】

自2000年以来,中国经济发展快速、自然灾害频繁、生态环境保护力度大,为了全国掌握全国生态系统保护区域与所面临的主要问题,中国科学院与联合环境保护部组织开展了全国生态调查与评估。

项目攻克了基于光谱特征分段建树的生态系统自动分类方法、基于天地协同的生态参数反演方法,以及国家尺度的生态系统质量、生态服务功能与生态问题评估方法等技术瓶颈。明确了我国生态系统类型构成与分布、生态系统质量、生态服务功能、生态问题现状特征与2000年以来的变化趋势,揭示了我国生态问题变化的主要原因,分析了我国生态保护管理的主要问题,提出了新时期生态环境保护对策与建议。

项目使用遥感数据16355景,地面调查样地11.3万个,建立了“天地一体化”生态系统调查技术体系,建立了全国生态系统调查评估综合系统平台,全面提升了中国生态保护监管的能力和水平。是目前国际上规模最大、技术先进的国家尺度生态系统评估。项目成果已在生态保护红线规划、全国生态功能区划修编、重点生态功能区调整与国家公园布局规划等多项国家生态保护政策制定、生态保护日常管理业务中得到了广泛的应用,为生态空间构建与生态文明建设发挥了科技支撑作用。

5.农业

【农业系列沙盘】

(1)通过实施“渤海粮仓”科技示范工程,研发了“利用咸水、节约淡水、改良低平原盐碱地和中低产田”新技术,率先实现了“藏粮于地、藏粮于技”的发展目标。

(2)通过“海洋生态牧场”陆海统筹、人工礁石构建、创制鱼、虾、参、贝、藻新品种和立体化生态养殖新技术,建立了利用自然生态系统、不投放饵料的近海海域海洋生态牧场建设模式,实现海产品健康养殖与水质同步改善的协调发展。

(3) 通过“生态草牧业试验示范”建设,利用10%的耕地种植高效能人工草地,通过生物技术等关键措施促使90%天然草场快速恢复和提高优质牧草比例,促进草业、牧业和高值农业的协调发展,实现了草场生态改善、生产功能提升和牧民增收。

郭浩 本文来源:网易科技报道 责任编辑:郭浩_NT5629
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