• 【晒晒咱的国之重器19】“悟空”号暗物质粒子探测卫星

      晒晒咱的国之重器19

      光明日报记者 杨舒

      距离地面500公里左右的太阳同步轨道上,来自中国的“悟空”正在遨游。

      每天,这颗1米见方的小小卫星绕地飞行大约15圈,用“火眼金睛”努力探测着宇宙高能粒子的踪迹。

      这只“孙猴子”到底在找什么?

      其实,浩瀚的银河系中,除了恒星、行星等这些我们肉眼可见的天体,还可能存在许多看不见的暗物质。科学家们推测,它们不发光、也基本不与其他物质有相互作用,在一般光学手段观测下,犹如“隐身”。

      不过,当一对暗物质粒子偶然碰撞时,可能会湮灭,并放出电子、正电子和伽马射线等高能粒子。如果能够精确“捕捉”到这些粒子的信息,就可能反推出暗物质存在的蛛丝马迹。

      2021年9月7日,“悟空”号暗物质粒子探测卫星首批伽马光子科学数据向全球公开。自2015年12月17日成功飞天,“悟空”一次次所发布的宝贵数据令世界瞩目,推进着人类对宇宙的进一步认识。

      这只“孙猴子”到底长什么样?

      这颗由中国科学院研制生产的卫星,体积比一张办公桌大不了多少,像一个倒立的银白色四层蛋糕,有效载荷却达到1.4吨,内部集成了近8万路电子学信道。从上到下,“悟空”装备有四大探测器:塑闪阵列探测器、硅阵列径迹探测器、BGO(锗酸铋)量能器和中子探测器。其中,BGO量能器包含300多根60厘米长的锗酸铋晶体。这些漂亮的“水晶棒”犹如孙悟空的“金箍棒”,对入射粒子的能量能进行极为灵敏的测量。

      它的视力究竟要多强,才能称得上“火眼金睛”?

      据“悟空”号首席科学家、中国科学院院士常进介绍,“悟空”号是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间宇宙线探测器,也是我国第一颗空间天文卫星。它平均每秒就能“捕捉”60个高能粒子,可以对GeV到数十TeV量级之间的电子、伽马射线等宇宙线粒子进行测量。

      这是什么概念?1GeV是10亿电子伏特,1TeV是1000GeV,即1万亿电子伏特。而人眼所能接收到最敏感的可见光能量,仅仅约为2电子伏特。

      飞行6年多,“悟空”号已经完成全天区扫描超过11次,获取了百亿个高能宇宙射线事件。每天清晨和傍晚,这只“孙猴子”都会飞过中国的上空。位于北京密云、新疆喀什和海南三亚等处的接收站每天接收着“悟空”号传回的数据,透过这些数据,暗物质的面纱已陆续被揭开……

      2021年5月,“悟空”号团队绘出迄今最精确的高能氦核宇宙线能谱,并观测到能谱新结构。这是“悟空”号继精确测量电子能谱、绘制高能质子宇宙线能谱后,第三次发布重要科学结果,标志着我国空间高能粒子探测已跻身世界最前列!

      国际物理学界普遍认为,揭开暗物质之谜,将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次基础科学变革。

      踏入暗物质探测竞赛的前沿,中国科学家们相信,借助“悟空”“火眼金睛”的广大神通,我们将可以窥见崭新的宇宙面貌,离逮住那“看不见摸不着”的暗物质,也许不远了!

      《光明日报》( 2022年02月22日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器18】三代核电技术的中国品牌:“国和一号”

      【晒晒咱的国之重器18】

      光明日报记者?张翼

      “受益无穷”还是“谈核色变”?中间只隔着“安全”与“高效”两个词。

      2020年9月28日,国家电力投资集团有限公司正式发布我国三代核电自主化标志性成果“国和一号”——通过三代核电自主化,我国正在实现对国际最高水平的赶超。

      山东荣成的冬天,寒风凛冽,空气湿冷。

      “国和一号”拼装现场,廖正友正在一项一项地进行着安全排查,不容放过任何一个细节。他是中国核工业二三建设有限公司国核示范工程项目部的安全员,更让他引以为傲的是,他是“国和一号”缔造者中的一员。

      自2008年启动项目研发,600多家单位、31000余名技术人员参与,累计形成知识产权成果超过7600项,设备国产化率超过90%……这,就是“国和一号”的简历。

      这份简历的底纹,印着四个大字——自主创新。“‘国和一号’打破了多项材料及设备制造技术垄断,主泵、爆破阀、压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等关键设备材料全部实现自主化设计和国产化制造。”大型先进压水堆核电站国家科技重大专项总设计师、国家电力投资集团有限公司核能总工程师郑明光语出豪迈。

      但是,有谁知道,今天的这份豪迈缘自一个大门槛。

      根据以前与外方的合作协议,只有电功率超过135万千瓦,我国才能拥有三代非能动核电的自主知识产权。

      135万千瓦,对非能动安全和主要设备来说,就是那个大门槛。“这不是简单的等比例放大,而是要具备自主设计、研制和试验的能力——不掌握核心技术,这个大门槛就迈不过去。”郑明光说。

      于是,从核电“大动脉”主管道到“心脏”主泵,从“大脑”核设计与安全分析软件到“中枢系统”核电仪控,再到电缆、仪表等遍布核岛各处的“血管”“神经”……三代核电自主化技术攻关团队在关键核心技术上狠下功夫,一项项空白逐步扫清。

      72小时、56个月、60年、900万吨、153.4万千瓦,它们之间有什么关联?

      它们,可以换算成“国和一号”安全、经济与环保的效果图——采用非能动安全系统、事故后无须人工干预时间为72小时,建造周期56个月,电站整体和主体设备寿命60年,每年二氧化碳减排量约900万吨,单机组发电功率153.4万千瓦……

      还有一个数字你该了解:核电技术从二代跨越到三代,安全水平提高100倍。

      这是安全性质的飞跃。那么,“国和一号”的安全性到底有多硬核?

      让我们用事实说话。

      先看“国和一号”最外层的混凝土屏蔽厂房:仅厚度就有1.1米,采用独特的SC特殊结构,两层钢板内部填充高性能、高强度的混凝土,纵使台风、海啸来袭,商用大飞机撞击,它都岿然不动。

      再看由4道屏障构成的内部安全保护:燃料芯块、燃料包壳、一回路压力边界、钢制安全壳,特别是直径43米、高70多米的钢制安全壳,仿佛一个巨大的胶囊型钢铁屏障,事故后可以将放射性物质牢牢包裹住。

      而作为三代非能动核电特殊标志的顶部“帽子”,实际上是一个大水箱,代表着最关键的核安全设计理念——不依赖外在动力源即可运行。“把安全系统的水箱放在高位,一旦发生事故时,水会在重力作用下流到反应堆堆芯或安全壳表面,自动冷却堆芯与安全壳系统,保证反应堆堆芯与安全壳这道安全屏障不受损坏。”郑明光介绍。

      得三代先进核电技术“真经”者,得清洁能源的未来!如今,国之重器“国和一号”的创新故事仍在上演,让我们拭目以待。

      《光明日报》( 2022年02月11日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器17】我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星

      【晒晒咱的国之重器17】

      光明日报记者?齐芳

      深冬寒夜,中国科学院大气物理研究所2号楼816办公室灯火通明。

      杨东旭副研究员带领课题组一直在忙——利用我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星(碳卫星)取得的观测数据,他们在分析计算全球碳汇和碳排放时空分布的新结果,讨论我国碳汇变化趋势。“这能够帮助我们了解这颗卫星的优势和不足,以便优化未来卫星的设计”。

      二氧化碳排放是地球变暖的元凶之一。谁排放了二氧化碳?排放了多少?这些二氧化碳又去哪里了?

      这是科学研究需要回答的问题,是政策制定的科学依据,也是全球气候变化国际谈判中的关键数据——

      “碳卫星”能够帮助我们给出答案!

      2016年12月22日,它在酒泉成功发射。它带在“身上”的,有我国科研人员自主研发的高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备。这一下子,标志着我国在温室气体监测领域达到了先进水平。

      有了观测数据只是第一步,接下来是数据的反演——

      太阳辐射在大气中是如何传输的?大气散射、吸收有什么特征?中国科学院大气物理研究所的科研团队研制出了中国碳卫星二氧化碳浓度反演算法,高精度模拟,精确地刻画,这些问题,迎刃而解。

      正因为有了这样精度优、效率高的算法,全球大气二氧化碳含量的实时变化情况可以真实、客观地反映出来,碳源汇的定量计算与监测也有了依据。

      这颗“碳卫星”真是出手不凡:2017年9月,首幅全球二氧化碳分布图问世,平均精度达到2.11ppm;2020年,中科院大气物理所刘毅团队改进了数据质量和反演算法,将数据精度提升到1.5ppm,并获得陆地生态系统日光诱导叶绿素荧光数据产品;2021年,获取了中国“碳卫星”首个全球碳通量数据集。

      “这是一个里程碑式的结果,标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力,是国际上继日本、美国之后的第三个具备该技术的国家。”杨东旭自豪地说,这颗“碳卫星”,让我国科技工作者和相关部门能够掌握第一手数据,增加了我国在气候变化全球谈判中的底气。

      工作还在继续,正如刘毅所说:“我们希望能与其他国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’,联合观测大气二氧化碳,为全球气候变化提供更加丰富的监测数据。同时,我国新一代‘碳卫星’的设计与研发已经提上日程。这将助力我国实现‘双碳’目标,也体现了一个大国的担当。作为科研人员,我们深感使命光荣。”

      《光明日报》( 2022年02月08日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器16】洞悉宇宙的“中国天眼”

    ??晒晒咱的国之重器16

      光明日报记者 詹 媛

      身在洼地,却能捕捉遥远星系的极微弱信号。这是怎么做到的?

      这,就是我国500米口径球面射电望远镜——“中国天眼”(FAST)的过人之处!

      它是世界最大单口径射电天文望远镜,目之所及,即是“光年之外”;“功力”强大,洞悉深暗宇宙。

      山廓作眼睑,圈梁是眼眶,反射面板当眼球,馈源舱为瞳孔——高空看它,银色巨“眼”,气象非凡:它的口径达500米,相当于30个足球场的接收面积,光反射面板就有4450块;除了大,值得骄傲的还有,它是世界上灵敏度最高的射电望远镜。

      众所周知,天文学是一门高度依赖观测设备的科学。没有观测设备,只能开展理论研究或者根据别人的资料进行研究。

      现在好了!历时22年,有了“天眼之父”南仁东倾毕生心血建成的“中国天眼”,“我们在国际天文学领域的地位不一样了……在射电天文学领域,我们已经进入第一方队。”中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平说。

      引力理论、星系演化,乃至物质和生命的起源,解锁这些困扰人类已久的宇宙奥秘,“中国天眼”可以发挥什么作用?

      来看看它的成绩单吧!

      正式验收两年来,已发现约500颗脉冲星,成为世界上发现脉冲星效率最高的设备。“我们有信心搜寻到1000颗脉冲星。”国家天文台首席研究员韩金林说,作为大质量恒星死亡后的残骸,脉冲星长期以来都是天文和物理的前沿研究领域,对其发现和研究,是国际上大射电望远镜关键科学目标之一。“中国天眼”,已经成为世界上最强大的脉冲星搜寻利器!

      年观测时长超过5300小时,已远超国际同行预期的工作效率;基于观测数据发表的高水平论文达到120余篇……其中,快速射电暴(宇宙中最明亮的射电暴发现象)研究成果发表于国际科学期刊《自然》杂志,使得我国相关科研团队迅速成为国际快速射电暴的核心研究力量。1月6日,《自然》杂志以封面文章形式发表“中国天眼”中性氢谱线测量星际磁场的重大进展,人类破解恒星诞生谜题又前进了一步。

      按照科学目标和相关战略规划,“中国天眼”还确立了多个优先和重大项目,包括多科学目标漂移扫描巡天、中性氢星系巡天、银河系偏振巡天、脉冲星测时、快速射电暴观测等。

      科技创新离不开国际合作和开放共享。

      “中国天眼”在建设之初,即确立了按照国际惯例逐步开放的原则。从2021年3月31日向全球科学家开放观察申请至今,“中国天眼”已收到全球共7216小时的观测申请,最终,14个国家(不含中国)的27份国际项目获得批准,皇宫殿皇冠体育赛事:并于2021年8月启动。

      好消息不断——“中国天眼”正在考虑拿出1%的观测时间对全国中小学生开放。“中小学生可以提出好的科学想法,由专业天文学家帮助他们来实现。”武向平说。

      洞悉宇宙,全人类将借助“中国天眼”,获得更广阔的视野。

      《光明日报》( 2022年01月25日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器15】极地科学考察船“雪龙2”号

      【晒晒咱的国之重器15

      南极洲,一艘巨轮,身披中国红,高昂起船首的破冰艏柱,犁开一条水道缓缓驶来。

      这是中国“雪龙2”号!

      2021年11月23日,中国第38次南极科学考察队第二批101名队员乘坐“雪龙2”号极地科学考察船,从上海启程,开赴南极。自2019年7月交付使用以来,这艘我国首次自主建造的极地科考破冰船已历经多次大考,成为咱中国人探索极地的“神兵利器”。

      南极,蕴含着无数科学奥秘,早在百年前,欧美国家就已纷纷迈出了科考的脚步。

      但直到1984年,我国科学家才首次“出征”南极。彼时,没有破冰船,仅靠普通船只开启了步履维艰的极地探索。

      9年后,我国从乌克兰购买了一艘尚未完工的北冰洋运输补给船,经多次改造,成为我国唯一一艘极地科考破冰船——“雪龙”号。这艘功勋船“单兵作战”,一干就是20多年。然而,功能上的“半路出家”,加之船龄上的“老骥伏枥”,老“雪龙”已然不能胜任我国极地科考的艰巨任务。

      “雪龙2”号因时而生。

      它由自然资源部所属中国极地研究中心组织实施建造。对标世界一流科考破冰船,“雪龙2”号船长超过120米,船头形似一个破冰的锤头,可以每小时2至3海里的速度在1.5米厚的冰层中连续“行走”。它的续航力达到2万海里,在额定人员编制的情况下,中途不补给,最长可以在海上连续活动60天。

      让全球啧啧称羡的是,“雪龙2”号有一把独门绝活——双向破冰。船头、船尾不论是正向行驶,还是倒退时都可破冰。不仅如此,它的螺旋桨强度也比普通船舶高得多,在遇到难以破碎的冰脊时,可用船尾高速旋转的螺旋桨把冰“削”碎,开出一条水路。

      以往,在“雪龙”号上,科考队员取样和布放探测器时,都须冒着坠海的风险站在船边,如果浮冰太多,取样更难。但在“雪龙2”号上,设计有一个直通海底的“井口”——月池,让科考仪器可以在船上直接入水,即便船外被100%海冰覆盖,也不怕了。

      此外,各式各样的传感器遍布全船,组成了智能“神经系统”,使其在复杂的环境中也能实现自动驾驶。先进动力定位系统的配置,更能令船体在狂风大浪中“稳如泰山”。

      “‘雪龙2’号不仅填补了我国在极地科考重大装备领域的空白,更彰显出我国船舶技术的不断提高。”“雪龙2”号总设计师吴刚说。

      “雪龙2”号的命名人是中国科学院院士、自然资源部第二海洋研究所研究员陈大可。对于这艘巨轮的期待,陈院士在命名词中这样写道:

      “我命名你为‘雪龙2’号,愿你:承续永恒的南极精神,满载极地人和祖国的期许,承载起极地求索的使命与担当,承载起兴海强国的光荣与梦想,面向南北两极,劈波斩浪,破冰前行,顺利平安!”

      《光明日报》( 2022年01月13日 01版)

  • 【晒晒咱的国之重器14】国家微生物科学数据中心

      【晒晒咱的国之重器14】?

      光明日报记者 齐芳

      细菌、病毒、真菌、支原体、衣原体……

      谈及它们,你定会避之不及。但是,你知道吗?在地球生物圈,它们占据着重要位置——环境、食品、医药、健康、工业、农业、化学化工、材料、生物安全,与人类存续相关的所有环节,几乎都与它们有关。其家族成员还包括放线菌、立克次氏体、螺旋体……它们,都是微生物。

      微生物研究,是科技界持续关注的热点,也正因此,微生物科学数据成为一种重要战略资源。

      2019年6月,作为我国首批启动的20个国家科学数据中心之一,依托中科院微生物研究所,与中国疾控中心传染病所、中科院海洋所、中科院上海植物生理生态研究所、中科院计算机网络信息中心等单位共建的国家微生物科学数据中心,开始承担起保存、整合、挖掘、利用微生物科学数据的重大使命。

      模式微生物、基因序列、标本、菌种……从开始的自有数据共享,到如今,国家科技计划汇交数据、期刊数据、华大基因等测序公司数据源源不断地汇集,你能想象吗?这里,已汇集数据条数超过40亿、3PB;这里,已成为我国最重要、在世界上有极大影响力的微生物科学数据中心。

      不仅如此,国家微生物科学数据中心还制定了第一个微生物数据领域的国际ISO数据标准,覆盖资源、物种、组学、功能等方面的数据管理与发布。他们还在此基础上开发了拥有自主知识产权的数据管理平台,在国内外上百家单位使用。

      中心主任、中科院微生物所研究员马俊才时常会被问到这样一个问题:“国际上已经有GENBANK、GISAID等比较知名的微生物数据库,如果科学是无国界的,为什么我们还要建立自己的数据库?”

      马俊才的回答总是耐心而坚定——

      “国家微生物科学数据中心与这些数据库从来不是非此即彼的关系,它的建立,既是为了保障国家微生物数据主权,也是为了依法依规推动数据共享和国际交流。”

      马俊才说,目前几家比较大的数据库均在国外,数据收录和公布的流程比较复杂、时间比较长,有些数据库的下载还要收费。

      “我们国家财政支持的科研所产生的数据,中国科学家使用还得给别人交钱,这合理吗?”

      好消息来了!马俊才说,作为国家科技资源共享服务平台,中心数据资源全部免费共享,“这从某种程度上解决了我国科学家不能使用我国数据的窘境”。

      有了科学数据,还要让数据“活”起来——

      国家微生物科学数据中心在数据的加工整理和分析挖掘上下了大功夫。马俊才说,他们以国家微生物科学数据中心为依托,与国家食品安全领域开展合作,建立了国家食源性致病微生物全基因组数据库及溯源网络,对31个省区市的60种食品基质、9000株细菌、500株真菌、500株病毒的菌种进行测序,并建立了相应的大数据平台和应用系统,保障国家食品安全。

      接下来的目标是什么?马俊才说:“我们也在不断提升自己的能力和国际影响力,建立更多数据标准、牵头国际重大合作计划,争取吸引更多国内、国际科学家把科学数据提供给我们,建立更多具有国际权威的微生物数据库。”

      《光明日报》( 2022年01月04日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器13】全能影像诊断设备:一体化PET/MR

      晒晒咱的国之重器13】?

      光明日报记者 颜维琦

      它是玩转“跨界”的顶尖高手,有人说它好比变形金刚里的“大黄蜂”——一次扫描可以同时获得两种模态的数据,10分钟三床位即可完成全身扫描,同时采集患者组织结构、功能状态及分子代谢信息等多维度信息,从分子水平提供精准“情报”,从而大大提高肿瘤、神经系统及心血管系统等疾病的早期发现,有助于疾病防治关口前移,提升重大疑难疾病的诊治水平。

      它又被业界誉为“科技皇冠上的明珠”,是目前世界上最先进的分子影像学检查设备,堪称高端医学影像诊断设备领域最尖端技术的代表。要摘取“明珠”,谈何容易!由于研发难度极高,此前只有两家跨国公司具备研发能力。联影医疗“一体化PET/MR”投入市场后,这一状况才得以打破。

      2018年10月,由联影医疗牵头主导,携手数十家顶级科研院所、医院完成的“一体化PET/MR”项目获国家药品监督管理局认证,正式进入市场。这是“十三五”以来国家大力推动产学研医深度融合创新的成果,填补了中国在高端医疗设备最尖端领域的空白。

      一体化PET/MR,顾名思义,就是把正电子发射计算机断层扫描仪(PET)与磁共振成像系统(MR)有机整合到一起。联影医疗牵头完成的这一设备,实现了核心部件自主研发,且性能领先国际。在复旦大学附属中山医院进行的临床验证中,不到一年时间,累计扫描患者上千人,第三方检测机构评估显示,各项核心性能参数达到甚至部分超过国际先进水平,其中空间分辨率提高60%,成像速度提高一倍。截至目前,联影医疗“一体化PET/MR”已在国内十余家顶级三甲医院投入使用。

      在颅脑肿瘤、胰腺癌、前列腺癌、多发性骨髓瘤等肿瘤诊断中,联影医疗“一体化PET/MR”能够实时、全方位锁定病灶,不放过局部微小病灶与远端转移灶,助力医生精准诊断。

      这一影像诊断中的“全能王”,还能全方位提供关于大脑解剖、生理、代谢与功能方面的信息,助力神经退行性疾病、癫痫等脑科学方面的前沿探索。没有电离辐射,可大幅减少射线剂量,也让它对儿童和需要多次复查的肿瘤患者更为友好。

      “更加精准、更加高效、更多信息、更加安全”,作为国产医学影像尖端设备的代表,一体化PET/MR在脑图谱绘制、新冠肺炎患者康复监测等领域也发挥着重要作用,助力科学家们迈向科研更高峰。

      《光明日报》( 2021年12月26日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器12】高海拔宇宙线观测站

      【晒晒咱的国之重器12】

      光明日报记者 齐 芳

      仰望星空,你是否会好奇:我们身处的宇宙从何而来?宇宙中究竟有什么?未来又向何处去?

      青藏高原上,有一群科学家正努力寻求答案——

      在海拔4410米的四川省稻城县海子山,铺开一张占地面积约1.36平方公里的“大网”,捕捉被称为“宇宙飞弹”的宇宙射线。这就是由国家发展改革委立项支持的高海拔宇宙线观测站,昵称“拉索”(LHAASO)。

      高能宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子,其能量跨度为109~1020电子伏特,主要由质子和多种元素的原子核组成,并包括少量电子和光子。宇宙线弥漫在整个宇宙,携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息。研究宇宙线及其起源是现代物理学中最基础的问题之一,也是人类探索宇宙的重要途径。

      “LHAASO的核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化和高能天体活动,并寻找暗物质;广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽马射线源等。”LHAASO首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻介绍,LHAASO通过捕捉光子来研究宇宙线,这张“大网”的一个个节点是布置在地面上的5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器,“大网”的中心是占地78000平方米的水切伦科夫探测器,水切伦科夫探测器外侧就是18台广角切伦科夫望远镜。

      让曹臻自豪的是,LHASSO具有最高的超高能伽马射线探测灵敏度、甚高能伽马射线巡天普查灵敏度,最宽广的能量覆盖度对宇宙线能谱和成分进行精确测量,不仅是目前国际上最先进的地面宇宙线探测站,更能够长期占据这类实验研究领域的制高点。

      还在试运行的LHAASO已经产出了世界级的原创成果:2021年5月,国际学术期刊《自然》刊登了LHAASO国际合作组的最新成果——首次在银河系内发现大量超高能宇宙线加速器,为寻找超高能宇宙线的来源划定了目标。同时,LHAASO记录到能量达1.4拍(拍=千万亿)电子伏的伽马光子。这是人类观测到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了“超高能伽马天文学”的时代。

      除了这些天体物理的发现,LHAASO在其他领域也能大显身手。“比如我们与气象学家合作,探索雷电和宇宙线的关系。再比如,宇宙线在到达地球的时候会受到太阳抛射的影响,我们也可以尝试利用宇宙线数据进行空间天气预报。还有,LHAASO建在青藏高原上,还要开展气溶胶测量,结合这一特殊的地理位置,我们联合气象研究单位,为生态和环境研究开辟了一个新的场所。”曹臻透露。

      LHAASO是我国第三代高山宇宙线实验站,从学生到首席科学家,曹臻亲身经历了中国科学家在这一领域从跟随、并跑到主导的过程。曹臻说:“近些年国家越来越重视基础研究,我们有信心在这一领域保持国际领先优势。在LHAASO规划时,我们就已经留出了升级改造的空间,而我们也在探索新一代宇宙线探测设备——现在我们要捕捉的是光子,未来要捕捉中微子,最终圆满地解决宇宙线起源这个世纪谜题。”

      《光明日报》( 2021年12月23日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器11】量子计算机“九章”

      【晒晒咱的国之重器11】

      光明日报记者 常河

      2020年12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟院士团队成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。同日,国际学术期刊《科学》发表了该成果,这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”,审稿人如此评价。

      有多重大?答案是:这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

      所谓“量子优越性”,即对于特定任务,量子计算机可以解决,而现存的任何经典计算机运用任何已知算法,都不能在一个可接受的时间内完成。

      有多“优越”?“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍,也就是说,当求解5000万个样本的高斯玻色取样时,“九章”需200秒,而截至2020年,世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。同时,“九章”克服了谷歌超导量子比特计算机“悬铃木”的一个漏洞。

      “在费曼提出量子计算的概念近40年后,‘九章’在实验上严格地证明了量子计算的加速能力,把梦想变成了现实。”潘建伟团队成员、中国科学技术大学教授陆朝阳说,和原子、离子、超导电路等类型的量子计算机相比,光量子计算可在室温下、空气中运行,能克服量子噪声极限,结构亦相对比较简单。“‘九章’使得我国第一次进入国际量子计算第一方阵。”

      “九章”啥样?在安徽合肥微尺度物质科学国家研究中心,两个通过光纤连接起来的长3米宽1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光学元器件,就是“九章”。“一个用来产生光源,另一个进行干涉,把光信号变成电信号后引到隔壁的探测器进行分析。”陆朝阳的学生、“九章”论文第一作者、95后博士生钟翰森介绍。

      值得一提的是,研制出“九章”的团队,除了潘建伟、陆朝阳几位导师外,主力都是像钟翰森这样的年轻人!

      更值得骄傲的是,“九章”构建后不到一年,2021年10月,“九章”的升级版“九章二号”成功构建,再次刷新国际光量子操纵的技术水平,其处理特定问题比目前全球最快的超级计算机快亿亿亿倍。

      加上2021年10月中国科大发布的超导量子计算机“祖冲之二号”,这一系列令人瞩目的成果,标志着我国已成为世界上唯一一个在超导和光量子两个“赛道”上达到“量子优越性”里程碑的国家。

      “证明‘量子优越性’,可以说是量子计算机研制征程上的一个里程碑。‘九章二号’和‘祖冲之二号’的诞生,像一对双子星,照亮了量子应用更广阔的前程。”潘建伟说。

      《光明日报》( 2021年12月18日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器10】基因编辑的精准“剪刀”

      【晒晒咱的国之重器10】?

      光明日报记者 齐芳

      在中国科学院干细胞与再生医学创新研究院一楼科普平台里,展示着几项最新研究成果。在干细胞药物、再生医学、解密衰老等项目中,几个小试剂盒显得有些单薄,却有重要的价值和意义。“这是一种能够快速检测新冠病毒的试剂盒,与传统的检测方法相比,它不需依赖复杂的仪器设备,更便捷、更简单、更快速。大家都做过核酸检测,专门的采样人员给被检测者采集拭子,然后由专业检测人员使用专用设备进行检测。”科普平台负责人李天达副研究员说,“这种新试剂盒不需要依赖专用检测设备,能够大大提高检测速度。这种试剂未来有望做成验孕棒样的检测试纸,实现家用及时检测。”

      这种试剂是在新型基因编辑工具“CRISPR-Cas12b”基础上研发成功的。CRISPR-Cas12b是该院李伟研究员领导的科研团队自主研发的,是我国拥有CRISPR系统发明专利的基因编辑工具。

      基因编辑技术是生命科学的底层技术,它仿佛一把有魔力的“剪刀”,不仅能“剪切”基因,还能用于“修补”基因。它的发现,推进了人类对生命的认知,也极大地改变了生命科学的研究形态和生命科技产业的发展。

      2020年诺贝尔化学奖授予了发现基因编辑技术的两位科学家,发达国家在竞相布局基因编辑技术的相关专利和产业。“基因编辑技术在生命科学和技术领域显示出强大的生命力,在新药物的研发、遗传疾病的治疗等方面具有非常吸引人的应用前景。”李伟解释,“产业发展与核心专利技术紧密相关,如果一个国家没有自己自主知识产权的基因编辑技术,相关产业的发展就会受到钳制。”

      我们可以继续延用“剪刀”来解释为什么需要自己的基因编辑技术——每个家庭都不止有一把剪刀,在家庭工具箱里,有针对各种不同情况的剪刀,也需要更换更好用的剪刀。“各国科学家都在积极研发自己的‘基因剪刀’,并不断更新换代,美国已经给CRISPR-Cas9授予了专利。”李伟介绍,“与其他基因编辑工具相比,CRISPR-Cas12b更精准,也更容易在生命体中递送基因治疗药物。同时,它具有更宽广的活性温度和酸碱范围,这意味着CRISPR-Cas12b更加稳定、易于储存,也更适合体外检测——正是基于这一优势,我们开发出了那款检测新冠病毒的新试剂。”

      如今,这项新技术正用于多项生命科学的基础研究和多款基因药物的研发,而李伟也在带领团队努力开发更多的基因“剪刀”。“生命科学基础研究进展与应用的距离非常近,很多情况下,我们既要进行基础研究,也要深入产业开发。”李伟每天的工作排得满满的——结束采访,他马上就要开研究组会,他说,“生命科学的进展与生命息息相关,面向人民生命健康,科技工作者责无旁贷。”

      《光明日报》( 2021年12月12日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器9】探求未来理想的清洁能源:东方超环

      【晒晒咱的国之重器9】?

      光明日报记者 常河

      面对即将来临的能源危机,我们拥有一个共同的梦想,那就是寻求一种无限而清洁的能源,从而实现人类的永续发展。如果说“夸父追日”是古人战胜自然的美好愿望,那么东方超环则代表了今人把梦想变为现实的努力。

      在安徽省合肥市西郊科学岛,有一个形似锅炉的庞然大物,它高11米、直径8米、重400吨,由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。这些部件我们虽然不太懂,但组成的庞然大物可不简单,它是一个享有国际声誉的巨大科学装置,即由我国自行设计、研制的全超导托卡马克核聚变实验装置——东方超环(EAST)。它的建成,标志着在稳态运行的物理和工程方面,我国开始引领磁约束聚变研究的国际前沿,成为首个掌握新一代先进全超导托卡马克技术的国家。

      2021年5月28日凌晨,东方超环所在的控制大厅里传来捷报:正在开展的第16轮物理实验,实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行,创造了东方超环运行的新世界纪录!

      是不是感觉过于专业听不懂?没关系,先听听专家怎么说……

      “这是东方超环的第98958次放电,取得了上亿摄氏度百秒量级的成果,标志着我国在稳态磁约束领域的研究处于国际领先水平——更重要的是,这一系列创新研究成果和技术积累,为我国建造自己的东方超环提供了坚实的科学和工程基础。”捷报传来那一刻,中国科学院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛激动极了。

      在第98958次放电的背后,是中国人孜孜以求的聚变能源梦。

      时光回溯到15年前:2006年9月,我国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、建造的新一代热核聚变装置——东方超环,首次成功完成放电实验,获得电流为200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电,一举成为世界上首个也是唯一建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。

      目前,东方超环已经成为国际上相关研究的重要实验平台,其成果将为未来国际热核聚变实验堆(ITER)实现稳态高约束放电提供科学和工程上的支持。

      为什么全世界相关领域的研究人员都对东方超环这个庞然大物如此感兴趣?“核聚变能具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点,是人类未来理想的清洁能源之一,可为实现碳中和作出重要贡献。”宋云涛坦言,中国磁约束核聚变研究科研工作者的梦想就是在有生之年,让世界第一个核聚变反应堆率先在中国发电,因此“第一盏由被核聚变能点亮的灯泡一定要在中国”。

      《光明日报》( 2021年12月06日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器8】中国空间站:“太空,我们来了!”

      晒晒咱的国之重器8】

      光明日报记者张蕾

      10年前,有人在网上发帖问:“国际空间站何时轮到中国人上去?”下面一条回复霸气十足:“中国人要上就上自己的空间站!”

      如今,这个梦想实现了。2021年4月29日,随着“天和”核心舱发射,中国空间站正式进入组建阶段。按照计划,2021年至2022年,我国会通过11次航天发射完成空间站建设,包括4次货运飞船、4次载人飞船发射,以及“问天”和“梦天”两个实验舱发射。

      中国空间站的基本构型为“天和”核心舱、“问天”和“梦天”两个实验舱,每个舱段规模20吨级,整体呈T字构型……说到这儿,也许你会产生疑问:科幻电影里的宇宙飞船看起来奇形怪状,为啥中国空间站要设计成T字构型呢?“我国的空间站采用运载火箭发射各舱段入轨、上天后交会对接的建设方式,整体构型仍然要在‘以节点舱为球心的辐射状’构型上做文章。因此,我们没有走苏联‘和平号’空间站的老路,而是设计成独特的T字构型。”中国载人航天工程空间站系统总指挥王翔这样解释。

      与国际空间站相比,中国空间站虽然起步晚,但起点高,具有中国特色。在中国航天科技集团五院空间站系统主任设计师张昊眼中,中国空间站够用、好用而且安全,载荷支持效率高,可提供多种标准接口,有望取得可观的工程应用效益。“尤其是配备了大小两根机械臂,均有7个自由度,可独立和组合使用,最大作业半径达15米,具有负载25吨的抓取能力和厘米级的高精度操作能力,在航天员的协同下可完成舱外载荷的安装、更换等复杂操作,还能把航天员送到想去的地方,完全达到世界第三代空间机械臂的水平。”

      当然,中国空间站的亮点远不止于此。就拿循环利用来说,为了减少天地往返运输成本,核心舱采用物化再生式生命保障系统,航天员出汗和呼吸产生的水蒸气可以冷凝水的方式回收,排泄的尿液也会回收净化,重新作为生活用水使用……

      在太空开展科学实验是中国空间站的主要使命。据悉,神舟十三号任务将进行航天医学、微重力物理等科学技术试验与应用,有望获得大量科研数据,产出高水平的科学成果;此外,航天员还会给青少年带来精彩的天地授课内容,成为鼓励学子们热爱航天、参与探索、追求科学的实践平台。

      后续,我国将择机发射大口径、大视场的空间天文望远镜“巡天”——其视场角是美国哈勃空间望远镜的300倍,如果在轨运行10年,可以对40%以上的天区进行观测。很多国际科学家对此非常感兴趣,而我国也一直在努力推进“巡天”的开放使用。

      值得一提的是,中国空间站的建成还将为开展包括航天员联合飞行在内的更广泛国际合作提供精彩舞台。目前,已经有不少国家和地区提出了这方面意愿。“相信在中国空间站完成建造、进入运营与应用阶段后,大家会看到其他国家的航天员参与中国空间站的飞行和科研任务。”中国载人航天工程办公室副主任林西强表示。

      显然,中国空间站的时代已经来临……

      《光明日报》( 2021年12月02日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器7】极低温区基准级测温装置

      【晒晒咱的国之重器7】

      光明日报记者 齐芳

      什么是极低温?

      通常指-248.5939℃以下。

      极低温有什么用?

      深空探测、可控核聚变装置等50%以上的大科学装置的核心部件都需要在稳定的极低温环境中运行。

      如何测量极低温?

      靠一种标准温度计来测量,而这种温度计国内还不到10支——它们已经“服役”近半个世纪了。是的,你没看错,只有不到10支。

      而更严重的是,长期以来,我国在极低温区只有标准,基准建设并不完整。基准,是全球治理体系和经贸合作发展的重要技术基础;温度基准,是现代工业和科学研究最底层的地基之一,能否测定温度基准是国家科技水平和综合国力的象征之一。在极低温区没有基准,就意味着我们无法判断这些标准温度计在这一温区是否准确,要送到有能力测定基准温度的国家进行校准。

      对我们这样一个大国来说,主动权掌握在别人手中,是一件危险的事。

      如今,这种情况得到了改变。中国科学院理化技术研究所正高级工程师高波带领的国际研究团队,原创性地提出了“定压气体折射率基准测温原理”,并在2020年建成了极低温区基准级测温装置。高波的眼睛里闪烁着光彩:“在-268.15℃~-248.65℃温区,我国建成的首套基准级测温装置,准确度和测量速度均为世界第一。”

      现代工业和科学技术体系之所以可以成为“世界语言”,一个很重要的原因是计量标准的统一。在人类社会发展相当长的时期内,计量单位多是基于看得见、摸得着的实物来定义。高波说:“实物再如何精心保存,时间长了也会出现变化,细微的元素差异,都会给准确度带来差别。随着科技的发展,大家对计量的精确度要求越来越高,这种用实物定义单位的方法在长期稳定性和全球通用性方面的缺陷就逐渐凸显。”

      于是,科学家们将目光投向了稳定的自然常数——从2019年5月20日起,国际单位制发生变革,基本单位改由自然常数定义。“温度也是如此。”高波解释,“谁能更快、更准地基于自然常数建立基准级测温装置,谁在未来就拥有更多的话语权。”

      这是一次难得的历史机遇。

      极低温区基准级测温装置不仅填补了我国在温度计量领域的空白,实现了这一温区量值溯源的自主可控,更实现了“零”的突破——我国科研人员首次参与到极低温区国际温标赋值的工作中,目前,这种中国原创的方法已被国际温度咨询委员会收录,获得了国际官方认可;这套装置,也成了极低温区测温装置的世界级“标杆”。?换句话说,我们可以将它测得的温度称为“中国温度”。

      掌握温度溯源的头部技术,不仅对我国科技发展、工业发展具有重大意义,“中国温度”的作用也将在国际范围的科研项目和工业领域逐步显现。

      几年来,高波几乎全年无休地高强度工作。“我们的目标是‘继续向下’。当然,越接近绝对零度,工作越难。”高波略显单薄的身体中,似乎蕴藏着巨大的能量:“但我有信心!我们处在创新的时代,我们能做出更好的工作!”

      《光明日报》( 2021年11月29日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器6】超级显微镜:中国散裂中子源

      晒晒咱的国之重器6】?

      光明日报记者?杨舒

      如果将组成物质的原子比作一张大网,我们对这张网一下子抛出许多“弹珠”,有的“弹珠”会穿过大网,有的则会和网中的点、线发生碰撞,飞向不同方向。

      聪明的科学家们记录下所有“弹珠”的轨迹,通过计算,就能倒推出网的结构,看清这些原子组成的分子。这个能发射中子“弹珠”的“超级显微镜”,就叫散裂中子源。

      2018年8月,由国家发改委立项支持、中国科学院与广东省共同建设的中国散裂中子源正式“开门迎客”。继英、美、日之后,中国成为世界上第四个拥有这一大科学“神器”的国家。咱们的科学家再也无须舟车劳顿、争分夺秒,跑到国外排队申请做实验了。

      中学物理课本上讲过,所有物质都由分子和原子组成,而原子内部有原子核,核中又包含了中子。中子这个小东西不带电,穿透力也强,如果将一束足够多的中子射向一种材料,就能在不伤害其实体的前提下,“探测”到材料的微观结构和内部运动规律,可谓最强科研透视眼。

      正因如此,大量制造中子的“工厂”——散裂中子源应运而生。别看中子小到难以想象,散裂中子源却是个由各种高、精、尖设备组成的庞然大物,考验的是综合国力。

      要知道,它深藏在东莞大朗镇13米到18米的地下,历时6年半建成的一期工程,占地足有40个足球场大,光安装加速器的隧道就有600多米长。

      这么大投入,值得吗?

      当然值得!中国散裂中子源工程总指挥陈和生院士介绍,作为科学家梦寐以求的研究平台,散裂中子源担当的是粤港澳大湾区综合性国家科学中心的核心装置重托,用途广着呢。材料学、新能源、医疗制药、关键电子器件的突破全都用得着它——

      给航空发动机和高铁轮轨的部件做“体检”,检测它们的安全性;模拟深海环境,摸清可燃冰在压力释放过程中的内部变化,帮忙找到合适的开采条件;观察离子电池充放电几百次后的变化,以研发出容量更大、充电更快、更安全的电池……

      开放3年来,这个“大家伙”已服务中外科学家团队完成课题超过600项。2020年,依托这里,香港大学研发的超级钢惊艳世界,我国首台自主研发的加速器硼中子俘获治疗实验装置也“孵化”成功,将为癌症治疗带来技术性革新。

      就在上个月,又一个捕捉中子轨迹的利器——多物理谱仪在这里向全球开放。

      中国散裂中子源将给世界更多惊喜。

      《光明日报》( 2021年11月25日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器5】探秘地球“第四极”:全海深载人潜水器“奋斗者”号

      【晒晒咱的国之重器5】

      光明日报记者 袁于飞

      2021年10月21日,国家“十三五”科技创新成就展在北京展览馆开门迎客。很多人看到,展馆正门外左侧有三个引人注目的“大家伙”:“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号,正是它们仨,见证了中国的深潜科技实力从跟跑,到并跑,再到如今领跑世界的时代跨越!

      领跑世界的跨越发生在2020年11月10日。那一天,北京时间凌晨4点50分左右,在位于太平洋马里亚纳海沟区域的海面上,中国第一艘万米级载人潜水器“奋斗者”号,被从母船吊入深蓝色的大海,开始冲击万米海深。

      马里亚纳海沟,被称为地球“第四极”,有史以来,只有三次人类“探底”的纪录。1962年,美国曾有两人乘坐“的里亚斯特”号潜水器下潜此地;2012年,拍摄过《泰坦尼克号》的导演卡梅隆驾单人潜艇“深海挑战者”号,探底深渊。2019年,美国探险家维斯科沃等两人乘“深潜限制因子”号也曾到达海沟深处。不过,他们多是探险型的,一人或两人下潜,短暂停留便需紧急上浮。

      而“奋斗者”号是工作型、科考型的,可以搭载三人潜入万米海底,能够自主巡航,进行生物矿物和地理物理等科学考察,空间大、时间长、乘员多,难度远超类似深潜器。

      那一天,“奋斗者”号如蛟龙入海,一路下潜:1000m、3000m、5000m、7000m……显示深度的大屏幕上,“当前深度”一长再长。

      一万米!“哗——”聚集在大屏幕前的海试队员们,爆发出热烈的掌声。

      随后,深度数字继续跳动:10001、10003、10100,直到10909,“奋斗者”号成功抵达海底,再次创造中国载人深潜纪录。

      “我们现在三个人的状态良好,正在开展机械手功能测试,这里的景象妙不可言……”这是来自“奋斗者”号三位深潜员的回话,这是来自万米深渊的中国人的声音!

      这的确是一次载入史册的中国海试。不仅“奋斗者”号深潜成功,而且在全球首次实现了万米洋底4K电视信号直播。美国、法国、日本、俄罗斯等都没做到的,我们中国人做到了!

      海洋深处充满着神秘色彩,人类目前对深海的研究和认知,比对月球和火星的了解还要少。根据国际规则,海洋1000米深度以下叫深海,6000米深度以下叫深渊。在海洋里每下潜10米,便会增加1个大气压;如果深入海底10000米,那就是1000个大气压,相当于在指甲盖大小的地方,压上一部重型卡车。

      也正因此,探秘深海和深渊,是一项难度极高的科考活动,涉及设计、材料、密封、工艺、通信、安全、集成、试验等一系列技术,每一项都是极限技术,并且必须高度安全可靠。

      逐梦深蓝,一直是中国科研人员的梦想。2016年,科技部启动“全海深载人潜水器”总体设计、集成与海试项目,中国科研人员准备向大洋深处进发。

      这是一次勇敢的进发,更是一次震天动地的抵达。人们忘不了成功的那一刻,科学家们眼中的热泪。“奋斗者”号总设计师、海试总指挥叶聪感慨万千:“我觉得不能用这五年来讲中国深潜的故事,应该用二十年甚至更长一些。我国从没有深海装备到有深海装备,从无人到有人,从简单到复杂作业,这是老一辈科学家用肩膀托起来的。我们要牢记传统又要开拓创新,所以‘奋斗者’号到达之处远远不是终点,应该说,我们刚刚打开了海洋的一道门缝……”

      《光明日报》( 2021年11月18日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器4】“固若金汤”的核电站:全球首座高温气冷堆核电站示范工程

      【晒晒咱的国之重器4】

      光明日报记者 詹媛

      如果地球上能源不足了,还有其他发电方案,来支撑人类的海量用电需求吗?

      这个问题,科学家早已想过——清洁、高效的核能,便是解决方案之一。

      但是,苏联切尔诺贝利核灾难、日本福岛核泄漏等核事故,让人难免谈“核”色变。

      有没有更安全的核电站?

      有!我国国家科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程。位于山东,石岛湾。

      它最大的特征就是固有安全。这是1956年美国科学家泰勒提出的理念:要使公众接受核能,反应堆安全必须是“固有的”,也就是说在严重事故条件下,不用人为和机器干预,核电站的核心——反应堆堆芯不会熔毁,放射性物质不会大量外泄,进而不会发生严重的核事故。

      这个构想在中国变成了现实。

      2021年9月12日,高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆成功实现首次临界。这就相当于发动机点火,是反应堆带核功率运行的起点。预计在2021年年底,它将首次并网发电。

      等它开始发电,有多少家庭能用上呢?每年发电量14亿度,可以为200万居民提供生活用电。不仅如此,预计它每年还可减少二氧化碳排放量90万吨。为生态中国贡献“绿色力量”,它同样很给力!

      这样“固若金汤”的核电站,其他国家有吗?答案是,全球仅此一座。

      “中国是世界上首个实际建成这类核电站的国家。”它的总设计师——清华大学核能与新能源技术研究院院长张作义说,它在全球先进核能技术研发竞争中“杀出重围”。

      高温气冷堆核电站示范工程还有一个最令中国人自豪的特点——关键核心技术完全属于中国。由清华大学与中核集团、华能集团建成的这座核电站,国产化率高达93.4%,形成的约5万张图纸、10万页文件,15000多件技术含量高、安全设计要求也高的核岛设备等,我国都具有完全自主知识产权。

      今天,这个超级工程矗立在石岛湾。但谁能想到,60余年前,科研条件艰苦,生活设施落后,清华大学核研院原副总工程师薛大知回忆,当时建实验设施,科研人员不但要研究设计,还要自己施工,搞水泥灌浆,“有时几天几夜不能好好睡觉,脚泡在水泥浆里。工地临时固定支撑的模板上还有钉子,弄不好就会被扎到”。

      经过60多年的发展,中国建成了全球第一座“固有安全”的核电站,并且形成完整的产业体系。

      就在11月11日,这一世界首座高温气冷堆核电站示范工程再传喜讯:2号反应堆首次临界,这标志着示范工程顺利完成双堆临界。

      如今,中国毫无疑问是全球高温气冷堆的领跑者,在未来很长一段时间,还将继续引领世界。

      《光明日报》( 2021年11月15日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器3】带着月球“土特产”回家:嫦娥五号

      晒晒咱的国之重器3】?

      光明日报记者?张蕾

      2020年11月24日,万千国人仰望夜空,看她拖着长长的尾焰越飞越高,在欢呼声中划过天际;23天后的12月17日凌晨,万众企盼中,她如流星般璀璨,点亮夜空,缓缓降落,稳稳地投入“家”的怀抱。

      嫦娥五号回来啦!

      作为嫦娥家族的“五妹”,嫦娥五号成为首个能“回家”的探测器——而且,她不仅平安回来,还带回2千克珍贵的月球“土特产”。它们是嫦娥五号在月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区获得的样品,那里存在大约13亿至20亿年前的玄武岩,具有重要的科研价值。

      这是一次意义非凡的太空之旅——此前,还从未有人类探测器造访过那里,这也让中国成为继美国和苏联之后,第三个从月球取回样本的国家。

      月球不发光,是人类的梦想“照亮”了它。

      2004年中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。从“大姐”嫦娥一号到“五妹”嫦娥五号,从“绕”到“落”再到“回”,中国的探月之旅走了16年。而此次“回”的完成,并没有为故事画上句号——未来,一系列航天任务,包括对火星、小行星的采样返回以及载人登月,都将用上源自嫦娥五号这次任务的技术。

      从更长远的视角来看,我国的月球探测分为“探、登、驻”三步走,即无人探测、载人登月、短期驻扎(建立月球基地)。“绕、落、回”三小步中最后一步的完成,标志着“探、登、驻”三大步的第一阶段完美收官。

      作为富饶的“矿场”和理想的“太空补给站”,月球近年来成为深空探测的热土。根据各国发布的计划,2030年前,不少国家都希望将航天员送上月球,并谋划建设永久科研基地。“月球是全人类的,但谁开发谁利用。我们今天不去,以后可能想去都难。”嫦娥系列月球探测器研制团队的主心骨、中国航天科技集团五院技术顾问叶培建院士的声音坚定有力。

      600年前,我们曾错过走向海洋;今天,我们不会再错过太空了。后续,我国将陆续实施嫦娥六号、七号、八号等任务,同时还将规划建设国际月球科研站。所以,“嫦娥姐妹”会飞得更高、更远——因为,我们的目标是璀璨星空!

      《光明日报》( 2021年11月10日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器2】星际探测的火种:首辆火星车祝融号

      【晒晒咱的国之重器2】?

      光明日报记者?崔兴毅

      火星迎来了中国访客!

      2021年5月22日,第一辆从中国始发的火星车祝融号安全到达火星表面,开始巡视探测。

      星际探测从来不是一件容易的事情。从1960年苏联第一个发射火星探测器至今,人类已向火星发射了数十个无人探测器,但成功着陆者寥寥。

      是因为火箭运输跟不上吗?不是!是因为火星表面的环境太恶劣:大气稀薄,昼夜温差极大,白天温度可达27℃以上,夜间温度能到零下133℃,不可预估的沙尘天气更是成了阻碍火星车生存及完成巡视探测的主要困难。苏联“火星3号”着陆后毁于火星的沙尘暴;美国“机遇号”因为太阳能电池被沙尘覆盖而严重受损。

      现在,祝融号的一项重要任务,就是研究火星天气。科学家们因此将巡视器的着陆区选在火星北部的乌托邦平原,这里,沙尘暴频发!

      奔着沙尘暴去?这能行吗?

      “咱技术硬,不怕!”我国首辆火星车总体主任设计师陈百超说,祝融号使用四片蝴蝶状砷化镓构成的太阳能面板,面板表面有一层特殊的防尘涂层,可以提高抗灰尘能力。如果灰尘积累到一定程度,还可以通过太阳能翅膀的轻微振动抖落灰尘。

      除了沙尘暴,火星表面也不是一片坦途。

      遍布的尖锐砂石会轻易破坏火星车的动力系统。美国“勇气号”陷入沙坑,导致轮子出现故障,无法转动,一直被困到任务结束。

      怎么办?“它的机身被设计成了可升降的主动悬架结构,能够自由转向,六个轮子均独立驱动。”陈百超说,在极端地形中,祝融号还能重新设计轮子驱动方案,实现“蠕动”“蟹行”和“踮脚”等复杂操作,就像一辆六驱越野车。

      祝融号火星车设计寿命是90个火星日。截至8月15日,它已完成既定探测任务,共获取约10GB原始科学数据。

      这里面都有啥?

      自带的多光谱相机,拍摄了一幅幅地形、地貌和地质照片,并定期传送回地球。6月1日的自拍,记录了祝融号后退移动和原地转弯的过程,这是人类历史上第一次拍摄到火星车在火星表面的移动影像!

      而且,你知道吗?火星没有覆盖全球的稳定磁场,但表面却存在支离破碎的偶极磁场,暗含着火星历史演化的痕迹。这时,祝融号上搭载的气象测量仪、表面成分探测仪、雷达和磁场探测仪等科学仪器就发挥作用了。

      目前,“超期服役”的祝融号状态良好,仍在向乌托邦平原以南的古海陆交界地带行驶,实施拓展任务。正如它的名字“祝融”,以中国星际探测的火种,指引航天人不断超越自我,逐梦星辰。

      《光明日报》( 2021年11月08日?01版)

  • 【晒晒咱的国之重器1】钢铁穿山甲:国产最大直径盾构机“京华号”

      【晒晒咱的国之重器1】

    开栏的话

      上可在九天星河修建“天宫”,下可在万米深海潜行探宝,中国站、中国船、中国车、中国星……过去的五年,你的朋友圈是不是常常被这一个又一个科技自立自强的好消息刷屏?

      习近平总书记说,关键核心技术是国之重器。这一个个重大科技创新成果,犹如一串串音符,奏出中国加速迈向世界科技强国的激昂交响。

      对这些国之重器,你是否了然于胸?那每一个让人心潮澎湃的瞬间,你还印象深刻吗?你又是否想知道,科技创新,正在怎样改变我们的生活?从今天起,光明日报推出《晒晒咱的国之重器》专栏,好好说说这些让咱国人扬眉吐气的“大家伙”,让你真真切切地感受一下,国之重器,为什么强,为什么“重”。敬请关注。

      光明日报记者 杨舒

      挖一条隧道,有多难?

      “钢钎加大锤、打眼又放炮”,在40年前的中国,那可是成百上千人力接续、花费数年的巨大工程。然而,有了盾构机,只消一天,就能凿穿一座小山。

      今年7月,北京东六环改造工程地下现场,我国迄今研制的最大直径盾构机“京华号”开始“开疆拓土”。“腰围”直径超过5层楼、身长相当于7节地铁车厢、体重高达4300吨,这个由10万个精密部件组成的“大块头”,号称“工程机械之王”。它犹如一条钢铁穿山甲,能在山间、水底和城市地下钻出一条条隧道,既高效,又安全。

      盾构机怎么干活?

      说起来,它的工作原理类似于穿山甲挖洞。盾构机顶端,巨型刀盘上的刀具,单体最轻的,都有200斤,相当于穿山甲锋利的前爪,挖土碎石不在话下;刀盘后粗壮的盾相当于穿山甲的躯干,用来支撑挖好的洞,以免塌方;后方的出土系统相当于穿山甲的后爪,用来把挖出的砂土泥浆送出洞外;最后端的管片则相当于穿山甲闭合的鳞片,用来加固洞穴。开挖、排土、出渣、支护、衬砌、封固,一气呵成,隧道主体结构一次成型。

      但,谁能想到,西方已应用百年的这个“地下神器”,咱中国人却长期看不到、摸不着。直到20世纪90年代末,为开凿西康铁路秦岭隧道,我国才头一次从欧洲买回了两台,这一下子竟花费了6亿多元。

      “盾构机受制于人,严重影响我国基建效率。”中铁工程装备集团有限公司设计研究总院党委书记李光这样回忆,“盾构机,咱们自己造!”

      2002年列入国家重点项目,一穷二白、摸爬滚打,仅仅6年,首台具有中国自主知识产权的复合式土压平衡盾构机横空出世。突破核心技术封锁,此后10多年间,中国这个后来者,持续刷新着世界盾构领域的纪录。

      2020年9月27日,“京华号”在长沙下线,一跃成为世界第三大开挖直径盾构机,标志着我国超大直径盾构成套技术跻身世界前列。

      更让人意想不到的是,2012年,中国第一台盾构机走出国门。法国、意大利……目前,仅中铁工程装备集团有限公司的盾构机产品就已覆盖全球25个国家和地区,产销量连续4年第一。

      从无到有,从买到卖,中国盾构机实现了历史的转身。

      《光明日报》( 2021年11月01日?01版)

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