本
文
摘
要
近日，科学技术部高技术研究发展中心发布了2021年度中国科学十大进展，我们来看看都有哪些科技入选以及将会给我们带来怎样的科技进步吧：
01、天问一号探测器成功着陆火星
2021年5月15日7时18分，天问一号探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。任务采用了“气动减速-伞降减速-动力减速-着陆缓冲”四级串联减速技术路线，建立了设计迭代改进流程和多学科综合优化方法，提高了系统应对故障工况和进入条件极限拉偏下的安全着陆能力。这是我国首次实现地外行星着陆，实现了从地月系到行星际的跨越，在火星上首次留下中国人的印迹，使我国成为第二个成功着陆火星的国家。
（文章内容
诸多重要任务：探测火星生命
“天问一号”中的“天问”来源于屈原的诗中《天问篇，象征着那些我们暂时无法解释的问题~而着陆火星的就是为了解答这些问题而去：
这次“天问一号”携带了两台机器，这两台机器分别是火星表面成分探测仪和多光谱相机。之所以“祝融号”会带着两台机器，主要原因就是要探索火星生命是否存在。除了我国的“祝融号”，美国也发射了“毅力号”在火星探索，因为在人类看来，火星存在生命的可能性还是很高的，而关于火星的生命痕迹，也并不是科学家的想象，所以“天问一号”的任务之一就是探索火星是否有生命。
除了研究地球奥秘和探寻火星生命外，“祝融号”的“第三个使命”就是探索火星。宇宙及其庞大，人类需要探索宇宙，首先就应该从一步一个脚印去探寻，而设立宇宙第一个脚印的地方也就是火星。月球虽然近，但月球太小，所以研究火星，在火星上建立人类基站也就成了重要的目标之一。火星虽然不知道是否存在生命，但火星的面积足够大，并且也有水、大气层、引力等，所以火星与地球相似度更高，也就更适合成为人类探索宇宙的“基地”。现如今地球环境被破坏，地球的资源也在慢慢耗竭，所以一直待在地球上是错误之举，只有不断探索宇宙，才能找到一条适合人类生存的道路。
02、中国空间站天和核心舱成功发射
2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射成功了，这也意味着中国载人航天三步骤正式开始；中国空间站起步较晚，但有后发技术优势。可以说，中国大型空间站建造能力处于国际前列。一方面是技术新，例如天宫空间站能源系统光电转化效率超过30%，供电能力更强。天宫空间站采用电推进系统，比冲高，是化学推进的5倍，可以大大减少推进剂消耗。另一方面是建造保障强，天和核心舱保障技术完全靠自力更生研发而成，环控生保技术闭合度最高，让空间站的经济性更加突出。
成功发射核心舱后，我国又先后发射了天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船、天舟三号货运飞船、神舟十三号载人飞船，并成功与核心舱完成对接。
03、二氧化碳人工合成淀粉
淀粉是粮食最主要的组分，也是重要的工业原料。中国科学院天津工业生物技术研究所马延和等报道了由11步核心反应组成的人工淀粉合成途径（ASAP），该途径偶联化学催化与生物催化反应，在实验室实现了从二氧化碳和氢气到淀粉分子的人工全合成。
通过从头设计二氧化碳到淀粉合成的非自然途径，采用模块化反应适配与蛋白质工程手段，解决了计算机途径热力学匹配、代谢流平衡以及副产物抑制等问题，克服了人工途径组装与级联反应进化等难题。在氢气驱动下ASAP将二氧化碳转化为淀粉分子的速度为每分钟每毫克催化剂22nmol碳单元，比玉米淀粉合成速度高8.5倍；ASAP淀粉合成的理论能量转化效率为7%，是玉米等农作物的3.5倍，并可实现直链和支链淀粉的可控合成。该成果不依赖植物光合作用，实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成。
这种直接绕过光合作用、生产效率更高地获得淀粉的方式，对未来的农牧业甚至航天都有重要的意义。在农牧业上，我们不需要占据那么多的土地，就可以生产足够的淀粉，然后再经过生物转化变化为蛋白质、维生素等有机物，意味着环境可能持续改善；而这种方式是利用二氧化碳合成淀粉，也就意味着我们可以用技术手段将大气中的二氧化碳转化为有机物，及固定了碳又产出了有机物。
而未来就算是星际航行，也不必要带那么多的食物，就靠搜集宇宙中存在的各种元素就可以制造人类所需要的食物。
04、嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘
中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台主导，联合多家研究机构通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文，报道了围绕这些重要科学问题取得的突破性进展。研究证明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识，月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年，其晚期岩浆活动的月幔源区并不富含放射性元素，并且几乎没有水。
对来自美国、苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究已证实，月球的“生命”特征之一：岩浆活动至少持续到大约28至30亿年前，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”。但是，对于月球岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。
在最新的研究中，科研人员利用超高空间分辨率铀-铅(U-Pb)定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物(斜锆石、钙钛锆石、静海石)进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。也就是说，月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动停止时间延长了约8亿年。
05、揭示SARS-CoV-2逃逸抗病毒药物机制
面对不断出现的新冠病毒突变株，亟需发展能有效应对的广谱药物。清华大学联合上海科技大学发现并重构了病毒“加帽中间态复合体”、“mRNA加帽复合体”和“错配校正复合体”，揭示了新冠病毒转录复制机器的完整组成形式；发现病毒聚合酶的核苷转移酶结构域是催化mRNA“加帽”成熟的关键酶，明确了帽结构的合成过程，为发展新型、安全的广谱抗病毒药物提供了全新靶点；发现病毒以“反式回溯”的方式对错配碱基和抗病毒药物进行“剔除”，为优化针对聚合酶的抗病毒药物提供了关键科学依据。
06、FAST捕获世界最大快速射电暴样本
快速射电暴（FRB）是无线电波段宇宙最明亮的爆发现象。FRB 121102是人类所知第一个重复快速射电暴，中国科学院国家天文台李菂等使用“中国天眼”FAST成功捕捉到FRB 121102的极端活动期，最剧烈时段达到每小时122次爆发，累计获取1652个高信噪比的爆发信号，构成目前最大的FRB爆发事件 *** 。该研究首次展现了FRB的完整能谱，深入揭示了FRB的基础物理机制。
07、“祖冲之号”的量子行走
量子行走是经典随机行走的量子力学模拟，是实现量子模拟、量子搜索算法乃至通用量子计算的工具。中国科学技术大学朱晓波、潘建伟等通过研发兼容平面工艺的三维引线技术，实现了量子比特结构从一维向二维的拓展，设计并制作了一个由62个比特组成的8×8的二维结构超导量子比特阵列，构建了“祖冲之号”量子计算原型机，并通过该装置演示高保真的单粒子和双粒子连续时间量子行走。
利用量子处理器的高可编程性，实现了量子比特激发粒子行走路径的精确调控，在固态量子芯片实现了马赫-曾德尔干涉仪。该工作是世界范围内公开发表的首个比特数超过60的超导量子计算领域的成果，验证了对含噪声中等规模量子比特系统的高精度量子调控能力，为研制祖冲之二号、实现“量子计算优越性”奠定了基础。
该团队开创性地将超导量子比特应用到量子行走的研究中，在超导量子系统上实现量子优越性展示，为可解决具有重大实用价值问题的量子计算研究奠定了技术基础。此外，基于“祖冲之号”量子计算原型机的二维可编程量子行走在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用。
08、自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟
比陆地更辽阔的海洋，覆盖了地球约 71% 的表面积。不过，海洋学者认为人类只探索了其中的 5% 而已。人们经常对较浅的海洋进行勘探，但由于极端的静水压力，深海区域基本仍是一片神秘领域。
目前，设计精良的水下机器人在深海任务中具有出色的机动性和功能性，勘探深度能达到 3000-11000 米，比如我国自主研发的 “蛟龙号”“奋斗者号” 等载人潜水器，在深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海环境与生物考察等任务中都扮演着关键角色。
受深海生物特性的启发，来自浙江大学、之江实验室的科研团队及其合作者开发了一种能用于深海探测的无线自供能软体机器人，他们通过在马里亚纳海沟最深10900米处和南海最深 3224 米处进行实际测试，验证了这种机器人具有极好的耐压和游泳性能。该研究也大幅降低了深海机器人的重量及经济成本，推动了软体机器人在深海工程领域的应用。
09、揭示鸟类迁徙路线成因和长距离迁徙关键基因
迁徙生物如何发现其迁徙路线？中国科学院动物所专家历时12年，利用卫星追踪数据和基因组信息，建立了一套北极游隼迁徙研究系统，发现游隼主要使用5条路线穿越亚欧大陆，西部游隼表现为短距离迁徙，东部为长距离迁徙。在末次冰盛期到全新世的转换过程中，冰川消退所导致的繁殖和越冬地变迁，可能是迁徙路线形成的主要历史原因。历时6年，在北极圈的主要繁殖地为56只游隼佩戴卫星追踪器，构建了一套北极游隼迁徙系统。基因组学分析显示，两个游隼种群分别具有最近共同祖先。基于全基因组模型，他们估计长、短距离迁徙种群的分化时间大概在末次冰盛期前后。研究同时说明环境差异及相关的本地适应，在维持当前迁徙路线中发挥着重要作用。
研究还发现迁徙距离更长的游隼携带ADCY8优势等位基因，该基因与长时记忆形成有关，表明长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。
10、高性能纤维锂离子电池规模化制备
作为现代电子设备的“心脏”，以锂离子电池为代表的储能器件是现代电子工业和人们生活不可或缺的组成部分。复旦大学团队从2008年开始研究新型柔性电池系统，在2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池，为有效满足智能电子织物等可穿戴设备能源供给需求提供了新路径。
研究团队在长期研究过程中逐渐意识到，要实现纤维锂离子电池的连续化构建，首先需要解决的一个重要科学问题，是要从源头上厘清纤维电池内阻和长度的关系规律。团队广泛尝试了不同电学特性的纤维集流体材料，最终发现并揭示出纤维锂离子电池内阻随长度增加先减小后逐步趋于稳定的变化规律。并且使用纤维集流体的导电率越高，越能有效降低纤维锂离子电池的内阻，从而有利于提升连续长纤维电池的电化学性能。上述关系规律得到了系统的实验验证，为纤维锂离子电池的连续构建提供了有力的理论支撑和依据。
（文章内容来源于网络）
如何通过设计新结构（如创建纤维锂离子电池）满足电子产品高度集成化和柔性化发展要求，是锂离子电池领域面临的重大挑战。复旦大学相关专家发现纤维锂离子电池内阻与长度之间独特的双曲余切函数关系，即内阻随长度增加并不增大，反而先下降后趋于稳定。在此理论指导下构建的纤维锂离子电池具有优异且稳定的电化学性能，能量密度较过去提升了近2个数量级，弯折10万次后容量保持率超过80%；建立的世界上首条纤维锂离子电池生产线，实现了其规模化连续制备；编织集成得到的纤维锂离子电池系统，电化学性能与商业锂离子电池相当，而稳定性和安全性更加优异。
从电池本身来说，目前纤维聚合物锂离子电池与生活中常用的平面电池的能量密度相比，还有较大的提升空间；也需要发展面向纤维聚合物锂离子电池构建、性能评估和使用的行业标准或规范，推动其工程转化和市场化应用；此外，在很多应用方面如可穿戴领域，还需要更加先进的编织技术，将纤维锂离子电池高效地编织到各种衣物中，使穿着更舒适、更美观。
结语：
十大科技进展，有的与我们息息相关，有的离我们可能稍微遥远~但只要最后能给我们的生活带来更好的变化，比如某一天我们真的可以把电池“穿”在身上，是不是意味着我们不用再携带充电器，甚至手机的样子也会发生变化呢？想想都是不得了的事情呢~
番外：关于电池制造
无论是什么材质的电池，进行规模化生产时，对制备工艺和环境都有着很高的要求：干燥，洁净等等~为此，一般是需要使用真空手套箱来配合生产线进行生产的：手套箱是作为一个全密闭的腔体，把腔体内外的环境完全隔绝开，腔体的一面安装有视窗 和手套，操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前，对整个箱体抽真空，把箱体内空气完全抽掉，降低水氧含量至0.1ppm以下，然后填充惰性气体气体进行生产。
中国2021年的科技进步
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