作者:袁一雪 来源:中国科学报 发布时间:2017/12/29 9:11:23
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炫彩2017成果篇:独领风骚 摘“橙”果累累

国产航母

光量子计算机

C919

可燃冰

“慧眼”升空

FAST

“悟空”探测暗物质

水陆两栖飞机AG600

2017年,我国一系列重大科研突破不仅创造了我国历史上的多个第一,也突破世界上多个“首次”。从深海的可燃冰开采、航母下水,到深空的墨子量子通信、天眼探空、大飞机冲天,我国的重大科技项目取得了举世瞩目的成就。

正如在暗物质粒子探测卫星“悟空”成果发布会上,中国科学院院长白春礼所言:“也许在人类科学发展的历史上,大家会记住今天,因为中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者,逐渐走到了舞台中央。”

国产001A型航空母舰下水

4月26日,001A型航空母舰在大连正式下水。这艘由我国自主建造的航空母舰的问世,意味着中国得以掌握了设计和建造大中型航母的全套经验和技术,也标志着我国跨入了世界航母发展的潮流之中。

早在2012年“辽宁”号航母交付海军时,人们就对我国自主研发的航母翘首。如今,国人的这一期盼终于实现。

与“辽宁”号相比,001A的布局、设备和整体作战概念更加先进,包括拥有更大的飞机棚,可以携带更多的歼-15战斗机,供直升机及其他飞机使用的甲板空间也更大。

不过,航母的建造是一个庞大的系统工程,出坞下水只是航空母舰建设的重大节点之一,说明航空母舰主船体完成建造,动力、电力等主要系统设备安装到位。下一步,001A将按计划进行系统设备调试和舾装施工,并全面开展系泊试验。也就是说,下水之后到新航母全面服役还需要几年时间,其中包括需要两到三年时间对航母飞行员进行训练,并与其他舰艇协同训练以形成航母战斗群。有军事专家预测,新航母加入中国人民解放军海军完全服役可能要到2020年。

到那时,中国将超越俄罗斯、法国等海洋强国,拥有真正意义上的双航母战斗群。这不仅让中国摆脱了航母使用上的捉襟见肘,还能演练两个航母战斗群相互掩护、配合与协同作战的能力,让中国朝着海洋强国的方向迈出更坚实的一步。

首台光量子计算机诞生

5月3日,中科院在上海召开新闻发布会,会上宣布世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生。这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了基础。

量子计算机是指利用量子相干叠加原理,理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。曾有人打过一个比方:如果现在传统计算机的速度是自行车,量子计算机的速度就好比飞机。因为与电子计算机相比,光子计算机具有极为理想的光辐射源——激光器,光子的传导是可以不需要导线的,而且即使在相交的情况下,它们之间也不会产生丝毫的相互影响。所以其信息通过能力是全世界现有电话电缆通道的许多倍。

而这台由中科大、中国科学院—阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中科院物理所等协同完成参与研发的光量子计算机,还是名副其实的“中国造”,这标志着我国的量子计算机研究领域已迈入世界一流水平行列。

大飞机C919成功试飞

5月5日,C919成功试飞。这是我国首次按照国际标准研制的拥有自主知识产权的国产大型客机,机身长度达到了38.9米,与波音737-800旗鼓相当;其搭载人数最少158人,最多190人。而且,它的标准设计航程为4075公里,可以一口气从长春飞到拉萨。

如此运载能力与航行能力让C919跻身大飞机行列。5月份的试飞也不是终点。9月28日, C919再一次进行试飞,并圆满完成了全部检查科目试飞并安全着陆。

11月10日,C919从上海浦东国际机场第四跑道起飞转场至西安阎良。这是C919试飞以来,首次远距离飞行,飞行距离超过1300千米。12月17日,第二架C919大型客机在上海浦东国际机场完成首次飞行,这意味着C919大型客机将逐步拉开全面试验试飞的新征程。

根据项目计划要求,C919飞机研制批共将投入6架试飞飞机进行试验试飞,2架飞机进行地面试验;6架试飞飞机需要完成1000多项符合性验证试验,2架地面试验飞机需要进行全机静力试验和疲劳试验等。

C919的诞生是依托《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006—2020)》确定的16个重大专项之一的大飞机专项,这是党中央、国务院建设创新型国家,提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略决策。它的成功试飞对于深入贯彻新发展理念,实施创新驱动发展战略,建设创新型国家和制造强国,推进供给侧结构性改革,具有十分重要的意义。

可燃冰稳定试采成功

5月18日,我国南海神狐海域天然气水合物(俗称可燃冰)试采实现连续超过7天稳定产气,这是我国首次实现海域可燃冰试采成功,是天然气水合物试开采的历史性突破。

可燃冰,是由天然气和水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶化合物,预测资源量相当于已发现煤、石油、天然气等化石能源的两倍以上,是世界公认的一种清洁高效的未来替代能源。但因为绝大部分埋藏于海底,所以可燃冰开采难度十分大。

目前,日本、加拿大等国都在加紧对这种未来能源进行试开采,但都因种种原因未能实现或未达到连续产气的预定目标。我国科学家利用降压法,将海底原本稳定的压力降低,从而打破了天然气水合物储层的成藏条件,之后再将分散在类似海绵空隙中一样的可燃冰聚集,利用我国自主研发的一套水、沙、气分离核心技术最终将天然气取出。

国土资源部中国地质调查局副局长李金发曾对媒体表示,这一次天然气水合物的试开采成功,是优先抢占了技术高地,实现了我国在天然气水合物开发上的领跑。它是继美国引领页岩气革命之后,由我国引领的天然气水合物革命,将会推动整个世界能源利用格局的改变。

可燃冰使用前景广阔,但同时也存在风险。据估算,全球海底可燃冰的甲烷总量大约是地球大气中甲烷总量的3000倍,如果开采不慎导致甲烷气体的大量泄漏,将可能引发强烈的温室效应。如何安全、经济地开采可燃冰,并且从中分离出甲烷气体,依然是目前各国研究和利用可燃冰的核心难题。

首颗X射线空间天文卫星“慧眼”升空

6月15日11时00分,我国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭,成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。“慧眼”的命名,寓意我国在太空“独具慧眼”,能穿过星际物质的遮挡“看”宇宙中的X射线,也为纪念推动中国高能天体物理发展的已故科学家何泽慧。

作为空间科学的国之重器,“慧眼”填补了我国空间X射线探测卫星领域的空白,实现我国在空间高能天体物理领域由地面观测向天地联合观测的跨越。它重约2.5吨,载荷重量981公斤,其上同时安装了高、中、低能三组X射线望远镜,实际上是一座小型空间天文台。

“慧眼”是国际上同能区探测器中面积最大的,尤其是高能望远镜的探测面积超过了5000平方厘米。面积越大,可探测到的信号越多,越有可能发现其他望远镜看不到的现象。而且,“慧眼”的视场也很大,约两天即可完成对银道面的扫描,有利于监测暂现源。根据这颗卫星的科学目标,研制人员为它制定了巡天观测、小天区观测和定点观测等多种工作模式。

总之,“慧眼”能够穿过星际物质遮挡“看”宇宙,硬X射线调制望远镜卫星投入使用后,将为科学家提供大批高质量观测数据,有望使我国取得大量原创性科学成果。

“海水稻”获得丰收

9月,在山东省青岛市李沧区的海水稻研究发展中心的试验基地,“杂交水稻之父”袁隆平领衔的技术团队培育出的“海水稻”获得丰收。经收割测评,亩产最高可达620.95公斤。

10月15日,在河北省硅谷农科院超级杂交稻示范基地中的轻度盐碱土地上,袁隆平团队选育的超级杂交稻品种“湘两优900(超优千号)”通过了该省科技厅组织的测产验收,结果超过了山东青岛市的亩产量,实现了平均亩产1149.02公斤,创造了世界水稻单产的最新、最高纪录。

袁隆平带领团队研发的“海水稻”,是耐盐碱水稻的俗称,并非直接生长在海水里,而是在海水经过的土地种植,具有不需施肥、抗病虫、耐盐碱三大特性,因此可让荒地变为良田。这种海稻米呈胭脂红色,红色主要是硒含量比普通大米高7.2倍。

目前,我国约有15亿亩盐碱地,其中2.8亿亩可以开发利用。若按照未来亩产200~300公斤计算,可增产粮食数百亿公斤,多养活约2亿人。

首条量子保密通信干线开通

9月29日下午,在历经42个月的建设和半年多的应用测试以及长时间稳定性测试后,世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通。

“京沪干线”是连接北京、上海,贯穿济南和合肥全长2000余公里的量子通信骨干网络,通过“墨子号”量子科学实验卫星兴隆地面站与“京沪干线”北京上地中继接入点的连接,真正打通了天地一体化广域量子通信的链路,并通过“墨子号”量子卫星与奥地利地面站的卫星量子通信,在世界上首次实现洲际量子通信。

量子通信是由量子态携带信息的通信方式,利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。与之前的通讯原理不同的是,信息的传播需要载体,而量子通信是不需要载体的信息传递。从物理学角度,可以这样来想象隐形传送的过程:先提取原物的所有信息,然后将这些信息传送到接收地点,接收者依据这些信息,选取与构成原物完全相同的基本单元,制造出完美的复制品。

“京沪干线”的正式开通,标志着我国的量子通信技术已经走在了世界前列,并持续保持着其优势地位,并为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出坚实的一步。

FAST找到新的脉冲星

“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜——FAST,自试运行以来,已经探测到数十个优质脉冲星候选体,经国际观测认证,目前已有6颗脉冲星通过系统认证。

国家天文台研究员、FAST工程副总工程师李菂曾在发布会上对媒体介绍,搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。

脉冲星是遇到磁场后旋转起来的中子星,其最大的特点是它的辐射束会周期性快速扫过地球,而且,每当它自转一周,就接收到一次它辐射的电磁波,于是就形成一断一续的脉冲,这种现象也叫作“灯塔效应”。

对于地球上的科学家来说,脉冲星具有在地面实验室无法实现的极端物理性质,是理想的天体物理实验室,对其进行研究,有希望得到许多重大物理学问题的答案。但因为银河系中的大量脉冲星信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分。

我国具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备,FAST在调试初期发现脉冲星,展示了FAST自主创新的科学能力,开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的时代。

“悟空”发现暗物质

科学家曾将宇宙的构成分为三部分,构成日、月、星辰、生命以及一切人类所认知的普通物质却只占宇宙的5%,其余95%以上的宇宙则是由人类还没弄清楚的暗物质(26.8%)和暗能量(68.3%)组成。

顾名思义,暗物质指的是看不见的物质。它不参与电磁相互作用,因此,暗物质不反光,不发光,也不遮挡任何光线。同样,暗物质也视普通物质为无物,即便人体也一样。每时每刻,都有无数暗物质粒子穿过人体,人体却完全没有感觉。

虽然看不到也摸不着,但是科学家却通过万有引力定律推断了暗物质的存在,并试图捕捉这种神秘物质的踪迹。

我国在2015年发射升空的第一颗天文卫星“悟空”,一直在寻找暗物质粒子相互碰撞湮灭后产生的“二手”粒子,如电子、伽马光子等。因为它在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”以及“区分不同种类粒子的本领”这两项关键技术指标方面世界领先,尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。

今年,“悟空”在太空中首次测量到电子宇宙射线的一处异常波动,数据初步显示存在能谱精细结构,可能是暗物质粒子存在的新证据。目前卫星运行状态良好,正持续收集数据,一旦该精细结构得以确证,将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。

水陆两栖飞机AG600成功首飞

12月24日上午,广东珠海金湾机场,由航空工业自主研发的我国首款大型水陆两栖飞机——“鲲龙”AG600成功首飞。

这是继国产大型客机C919试飞成功后,今年又一航空国之重器成功亮相。“鲲龙”AG600与C919和大型运输机,是我国自主研制的“三个大飞机”。“鲲龙”AG600填补了我国在大型水陆两栖飞机的研制空白,是当今世界在研的最大一款水陆两栖飞机。

“鲲龙”AG600采用悬臂式上单翼、前三点可收放式起落架、单船身水陆两栖飞机布局形式,选装4台国产涡桨六发动机,最大起飞重量53.5吨,具有载重量大、航程远、续航时间长的特点。既能在陆地上起降,又能在水面上起降,可在水源与火场之间多次往返投水灭火,森林灭火、特种灭火效率高,20秒内可一次汲水12吨,单次投水救火面积可达4000余平方米;海上救援能力强,可快速响应、快速到达,能在复杂气象条件下实施救援行动,起降抗浪能力不低于2米,可一次救助50名海上遇险人员。

“鲲龙”AG600满足了我国森林灭火和水上救援的迫切需要,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。而且,它有效促进我国应急救援航空装备体系建设的跨越式发展,对助推“一带一路”倡议、国民经济发展、海洋强国建设都具有重大意义。

(本版文字由本报记者袁一雪整理,郭刚制版)

《中国科学报》 (2017-12-29 第3版 成果篇)
 
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2017/12/30 8:51:58 hucs
医学方面:SEEDi(1.0-3.0)技术
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