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      • 【曬曬咱的國之重器33】太陽電池陣:“天宮”的“能量加油站”

          【曬曬咱的國之重器33】

          光明日報記者 崔興毅

          現如今,我們的生活根本離不開電,出差時沒有移動電源,手機都不敢撒開了用。電能豐富的地面尚且如此,身在太空的“出差三人組”,是如何實現充電自由的呢?要知道,那些飛行器的運轉,可都需要電能供給。

          答案藏在飛行器兩邊的巨型翅膀里。

          仔細觀察你會發現,飛行器翅膀上裝有許許多多深色玻璃的小鏡子,每一個小鏡子宛如一座小型太空發電站,經串聯、并聯后組成太陽電池陣,從而獲得較高的電壓和較大的電流,為航天器源源不斷提供能量。

          可別小看這些玻璃片,它們的威力可大啦!它們在天上連續工作一天的發電量可抵得上一個家庭約一年的用電量!

          “如此大量的用電需求,需要依靠各個飛行器的太陽電池陣齊發力?!敝袊娍铺栯姵仃噷<姨K彬介紹,根據每個飛行器的特質按需定制,我國打造了三代各具特色的太陽電池陣。

          “比如,神舟系列載人飛船采用了第一代剛性太陽電池陣技術;天舟系列貨運飛船應用了第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術;空間站核心艙則是我國首次應用第三代柔性太陽電池陣技術?!?/p>

          這三代電池陣產品各有特色,有的是性能較穩定,有的是發電能力較強,有的則是體積小。不同特性的電池陣組合在一起后,形成一個太陽電池陣,宛如一座巨大的“能量加油站”,可以完全滿足空間站多系統的同時用電需求。

          目前最新一代的太陽電池陣是柔性陣,也是最新的明星產品。2021年發射的天和核心艙就采用了這種太陽電池陣,這也是該技術在我國航天工程領域的首次應用。

          今年,隨著正在開啟的6次重大發射任務,我國空間站即將完成全面建造。這對整艙的體積、重量,特別是功率提出了更高要求??伞按缤链缃稹钡暮诵呐?,如何實現“小馬拉大車”?

          最新的柔性太陽電池陣便采用了單板厚度不足1mm的單體,整體面積重量較傳統太陽電池陣減少了一半以上。即便已是“纖肢曼體”,科研人員還在絞盡腦汁壓縮。蘇彬介紹:“我們把每塊太陽電池板設計成古代奏章那樣,在空間站發射階段,可以相互折疊收攏壓緊于收藏箱內,但光電轉換效率卻提高了近20%?!?/p>

          面積體積壓縮了,發電量會不會降低?

          “當然不會!”蘇彬表示,為確??臻g站在軌壽命,中國電科研制團隊持續開展高壓柔性太陽電池陣發電試驗,在完成8萬余次高低溫循環試驗后,最終實現太陽電池光電轉換效率突破30%,達到世界先進水平。

          “相比之前載人航天任務最長2年的設計壽命,現在空間站在軌的運行時間可延長至15年?!碧K彬介紹,在天和、問天、夢天三艙組合后,柔性太陽電池陣總發電面積接近400平方米,總共可提供超過100千瓦的電能。

          不過,想要電能源源不斷,還得防御復雜太空環境的危險——

          每天在軌飛行的太陽電池陣都要經受十幾次的高低溫循環溫度考驗,遭受腐蝕性極強的原子氧侵蝕,接受到會使材料變脆變暗的強紫外線照射等。

          怎么辦?“我們在太陽電池片上設計了石英蓋片,用于減少對太陽光的反射,濾去有害的紫外線,同時提高太陽電池耐受空間帶電粒子輻射損傷的能力,減少太陽電池性能的衰降?!碧K彬介紹,他們還給柔性基板添加了超薄硅橡膠“鎧甲”,順利通過了大劑量的原子氧、高低溫、紫外線等環境考核試驗。

          現在,我們的巨能太空發電站,在平均光電轉換效率、發電能力等方面都達到了國際領先水平,即使面對超低軌中復雜的供電環境,也能讓屬于中國的太空之家能量充沛、穩如泰山!

          《光明日報》( 2022年07月26日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器32】高能同步輻射光源:照亮微觀世界的結構奧秘

          曬曬咱的國之重器32

          光明日報記者 張亞雄

          這里是北京雁棲湖畔的懷柔科學城。

          群山環繞中,一個圓環狀的大科學裝置靜靜矗立其間。它是被公眾親切地稱為“放大鏡”的高能同步輻射光源(High?Energy?Photon?Source,簡稱HEPS)。

          提起光源,你的腦海中會浮現出燈泡的畫面吧,于是把HEPS想象成一個“大型燈泡”。

          其實不然。這里的“高能”可不是“前方高能”里的那個“高能”,而是指物理學中探索微觀世界物質探針所具有的高能量。

          據HEPS工程總指揮潘衛民研究員介紹,從高空俯瞰,HEPS整體建筑形似一個放大鏡,設計寓意為“探索微觀世界的利器”?!巴ㄋ椎刂v,你可以把HEPS視為一個具有超精密、超快、超穿透能力的巨型X光機?!迸诵l民說。

          作為國家“十三五”重大科技基礎設施,HEPS由加速器、光束線站及配套設施等組成,總建筑面積約12.5萬平方米。周長約1.5千米的主體環形建筑,如同放大鏡的鏡框,里面安裝有儲存環加速器、光學元件、衍射儀等科學儀器。其中的儲存環里,分布著2400多塊磁鐵及各類高精尖設備。

          “同步輻射是指接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿切線方向發出的電磁輻射,也叫作同步光。為了研究材料內部結構與變化的過程,科研人員需要借助強力的科研裝置進行探測解析?!敝锌圃焊吣芪锢硌芯克彼L、HEPS工程常務副總指揮董宇輝研究員說,作為研究物質內部結構的平臺,HEPS能對物質內部進行多維度掃描,“HEPS運行的首要目標,就是提供高能、高亮度的硬X射線?!?/p>

          產生X射線的常見方式有兩種:一是用加速后的電子轟擊金屬靶,產生X射線;二是在同步輻射裝置中,當電子以接近光速的速度“飛行”時,會在磁場作用下發生曲線運動,沿著彎轉軌道切線方向發射連續的電磁輻射。

          “這就像下雨時,我們快速轉動雨傘,沿著雨傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠?!倍钶x說,與常規X射線相比,同步輻射光源產生的同步輻射光頻譜更寬、亮度更高、相干性和準直性更好。

          同步輻射光源根據加速器中電子的能量,可以分為低、中、高三種,各有側重。董宇輝介紹,HEPS側重于對微觀結構及演變的多維度、實時、原位表征,可用于航空發動機單晶葉片等工程材料結構的多維度表征和1微米量級蛋白質分子結構演變表征等?!白鳛樘綔y物質結構的探針,X射線的光源亮度是最為關鍵的指標——更高的亮度能將物質內部的微觀結構‘看’得更清楚。因此,獲得更高亮度的X射線源一直是科學家孜孜以求的目標?!?/p>

          多年來,我國持續發展同步輻射光源,有力支撐了國內基礎科學的發展。但我國目前所擁有的同步輻射裝置均處于中、低能區,能區地域分布、光譜亮度等還滿足不了經濟發展和國家戰略需求。建設更高亮度的第四代高能同步輻射光源,成為潘衛民、董宇輝等我國當代“追光人”的一大愿望。

          2008年,HEPS科研團隊就開始對我國建設HEPS的必要性和可行性進行論證。此后經過近十年攻關,科研人員成功完成關鍵技術攻關和樣機研制任務,具備了建設先進高能同步輻射光源的能力。

          2019年6月,HEPS開工啟動,建設周期6.5年,預計將于2025年12月底竣工。建成后,它將在材料科學、化學工程、能源環境、生物醫學、航空航天等眾多領域大顯身手。

          2021年6月28日,HEPS首套科研設備——電子槍(直線加速器端頭,即加速電子產生的源頭)安裝完成,標志著HEPS工程正式進入設備安裝階段。

          目前,HEPS各建筑單體已陸續交付設備安裝??梢灶A見,3年后,全球“最亮”的光源將照亮微觀世界物質的結構奧秘。

          《光明日報》( 2022年07月13日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器31】給秧苗“吃小灶”:植物工廠水稻育種加速器

          曬曬咱的國之重器31

          光明日報記者 楊舒

          沒有陽光、雨水和土壤,能種出糧食來嗎?

          農業科學家說:“能,而且長得更快!”

          2021年10月,在國家“十三五”科技創新成就展上,一幢泛著紅紫色柔光的玻璃小屋格外亮眼。

          這可是一座植物工廠。四層栽培架上,一排排水稻青苗齊整整扎在特殊的營養液里,在顆顆彩色LED節能燈的“撫觸”下,正奮力拔節。

          在這里,稻子從插秧到收獲只需60天左右,比在常規大田的生長周期整整短了一半!

          這好比“坐火箭”的速度從何而來?

          原來,植物生長依賴光合作用,在不同的生長階段,所需的光、溫、水、氣、肥等參數各有不同。在這座植物工廠里,科學家摸透了水稻的脾氣,只消精準模擬自然環境,把各項參數調節到最理想的狀態,給秧苗吃上“私人定制”的“小灶”,光合作用就自然加速了。提早開花,加速結果,稻子“早熟”也就夢想成真了。

          科學家說,這里面最難啃的“硬骨頭”是為水稻量身定制最適合的光環境。中國農業科學院都市農業研究所植物工廠創新團隊首席科學家楊其長介紹,陽光中包含著赤橙黃綠青藍紫7種可見光和紫外線等光譜,其中的紅、藍光對植物光合作用促進最大,其他光譜也對植物的開花、結實和色素形成具有獨特功能。

          但日常照明光和植物生長用光的差別可不小?!拔覀兊暮芏嘣囼灦际×?,要么把植物‘曬’死了,要么就是長勢不行”,不斷摸索下,楊其長團隊首次在國際上提出了植物“光配方”思想,突破多項核心技術,終于讓發光二極管——LED以不同的光譜配方模擬陽光成為可能。

          營養液代替泥土,無須擔心蟲害,不用噴灑農藥……多種“黑科技”加持下,兩個月就成熟的水稻一年能收獲6茬。品質怎樣呢?“實驗已證明,這樣種出來的水稻不僅周期短了,畝產有保證,品質也不錯?!睏钇溟L說。

          不過,給水稻“吃小灶”、縮短它們生長周期的意義可不僅在于增加產量,在育種專家眼中,這座植物工廠正是絕佳的水稻育種加速器。

          “高效的育種產業是保障國家糧食安全的關鍵?!敝袊茖W院院士錢前說,傳統的水稻育種周期長,一年頂多能繁育2至3代,育成一個新品種往往要幾年甚至幾十年時間。但依靠植物工廠,這一時空瓶頸就能被打破,從而實現“快速育種”。

          不僅如此,植物工廠育種加速器可以不受土地、空間和氣候條件的約束,若就近建在實驗樓或育種單位附近,一年四季均可進行加代育種,將大大節省育種工作者的時間。

          楊其長說,未來,這座植物工廠水稻育種加速器有望實現每年6茬以上的“快速育種”,栽培層數甚至可以達到10層以上,“依靠植物工廠,這也為水稻和其他作物的加代育種和高效栽培提供了新的技術路徑”。

          事實上,智能植物工廠一直是國際高技術競爭的重要領域,但直到21世紀初,中國科學家才正式加入這條科研賽道。

          現在,我國已是植物工廠產業化發展最快的國家,擁有規模以上植物工廠200多座,產品和技術裝備已走上國際舞臺,推廣到歐美、日本等發達國家。

          在楊其長看來,為育種加速,僅僅是植物工廠顛覆傳統農作方式的一種可能,不久的將來,在非可耕地,在荒漠、戈壁甚至太空等特殊空間,人工打造一個適宜農作物生長的環境,植物工廠將大有可為——“它代表著未來農業的發展方向!”

          《光明日報》( 2022年07月07日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器30】東方紅五號:讓衛星公用平臺從“跟跑”變“領跑”

          【曬曬咱的國之重器30】

          光明日報記者 張蕾

          “東方紅,太陽升……”

          提起“東方紅”衛星,許多人都不陌生。

          1970年4月24日,我國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”成功發射,它不僅開創了中國航天的新紀元,還把“太空‘聽得到’《東方紅》”的豪邁,撒向寰宇。

          此后50余年,中國衛星研制能力實現從無到有、從弱到強的跨越式發展,“東方紅”衛星(平臺)家族,從“一號”到“五號”,枝繁葉茂,不斷壯大——

          2019年12月27日,中國文昌航天發射場,實踐二十號衛星隨長征五號運載火箭發射升空。

          2020年1月5日,衛星成功定點于東經105.5。,幾個月后在軌完成全部功能驗證和新技術試驗。

          至此,我國具有完全自主知識產權的新一代大型地球同步軌道衛星公用平臺——“東方紅五號”(以下簡稱東五平臺)研制成功了!

          衛星公用平臺有啥過人之處?

          “衛星公用平臺就好比一輛公共汽車,通過搭載不同的乘客(載荷)來實現衛星的應用性能?!敝袊教炜萍技瘓F五院實踐二十號衛星總設計師李峰這樣比喻。

          如此一來,只需做少量適應性修改,就可裝載不同的有效載荷,從而縮短了衛星研制周期,節省了研制經費,提高了衛星可靠性。據介紹,目前,世界上許多國家都采取了衛星公用平臺的設計方法。

          作為東五平臺的首飛試驗星,實踐二十號重達8噸,有近8米高,攜帶了我國目前面積最大、翼展最長的太陽翼。而且,為適應多種載荷及擴展需求,實踐二十號放棄了傳統的承力筒式結構,創新性地采用桁架結構技術,有效提升了平臺的承載能力和適應性。

          “如果說東四平臺讓我們具備了同國際同行同臺競技的實力,那么到了東五平臺,我們就能實現從跟跑到領跑的轉變!”

          中國航天科技集團五院總工程師、實踐二十號衛星總指揮、東方紅五號衛星公用平臺總指揮周志成院士自豪地說,東五平臺填補了東方紅系列大型衛星平臺型譜的空白,可滿足中國近20年內高通量通信衛星的需求。

          能力超強,設計理念新,東五平臺的一身“絕技”讓它擁有廣闊的應用前景——

          可廣泛應用于高軌通信、微波遙感、光學遙感、空間科學探測、科學試驗、在軌服務等,是世界航天領域少有的多適應性平臺。

          “在助力國民經濟發展、給人民生活帶來更多便利的同時,東五平臺也能在技術推動、商業航天市場拓展等領域擁有更大作為?!敝袊教炜萍技瘓F五院實踐二十號衛星產保經理郝燕艷肯定地說。

          《光明日報》( 2022年06月14日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器29】全域型海洋生態牧場:走向深藍的巨型“糧倉”

          【曬曬咱的國之重器29】

          光明日報記者 齊芳 光明日報通訊員 王敏

          位于黃渤海交匯處的長島,水天一色。

          站在長島岸邊,遠遠望去,海面上均勻分布著一座座“微型牧場”——這些長、寬各70米的海面平臺,容納水體達7萬立方米,搭載了水下聲吶、水下機器人、5G通信、海洋數據監測等多種系統。平臺里面,魚群穿梭涌動,生機無限。平臺周圍,一條條海參捕撈船在繁忙作業,收獲滿滿。

          這是我國自主研發的“經?!毕盗猩詈V悄芫W箱。作為國家級海洋牧場建設的排頭兵,山東省煙臺市正在規劃建設未來海洋牧場之城,深海智能網箱是該市實施“百箱計劃”的第一步。

          你能想到嗎?如此巨大的平臺,工作人員只需4人,數十萬尾魚完全實現了自動化、智能化養殖。煙臺中集藍海洋科技有限公司總經理郭福元說:“首批‘經海系列’深水智能網箱里的許氏平鲉、花鱸已開始收獲,單體網箱年產漁獲600-1000噸?!?/p>

          海洋占地球表面積的70.8%左右,當土地承載已經滿負荷,海洋能不能成為新“糧倉”?又該如何在利用的同時,保護好海洋生態環境?

          中國科學院海洋研究所研究員楊紅生告訴記者:“牧養互動是實現海洋農牧化的重要途徑,從立體開發角度出發,水面的深海智能網箱是實現工業化生態養殖和智能化監測的重要載體,水下的海洋牧場是實現環境保護、資源養護和漁業持續產出三大功能的藍色糧倉?!?/p>

          深海智能網箱設計和建造并不容易——網衣系統性能與強度設計、網箱大型桁架式結構設計及防腐、坐底式網箱平臺非線性流—固—土耦合動力響應分析、抗臺風分析及設計……處處都是難點。

          我國科研人員潛心研究、自主攻關。正如“十三五”國家重點研發計劃項目首席科學家、中國科學院海洋研究所研究員張立斌所說:“在‘藍色糧倉科技創新’專項的支持下,我國海洋牧場實現了由以機械化、農牧化和工程化為特征的1.0階段,向以生態化和信息化為特征的2.0階段的重大轉變?!?/p>

          如今,153個國家級海洋牧場示范區順利獲批建設,我國海洋生態牧場做出了自己的特色:“因海制宜”,突破了南北方典型海域生境修復新技術,完成了海洋牧場生境從局部修復到系統構建的跨越;“因種而異”,突破了關鍵物種資源修復技術,實現了生物資源從生產型修復到生態型修復的跨越;“因數而為”,突破了環境與生物資源遠程實時監測和預警預報技術,實現了海洋牧場從單因子監測評價到綜合預警預報的跨越。

          從近淺海走向深遠海并不是終點,全域型生態牧場建設的3.0階段正在開啟——它將以數字化和體系化為特征,兼顧海水與淡水。楊紅生說:“從大農業觀和大食物觀的角度出發,在海洋里像在陸地上生產糧食一樣生產食物,實現耕海牧漁,是我們幾代人的夢想?!?/p>

          現在,“十四五”國家重點研發計劃課題“海洋牧場智能管控與少人化精準協同作業應用示范”正在進行中,科研人員將基于北斗精準導航與高分辨率遙感集成技術,提升海洋牧場智能管控與少人化精準協同作業水平,構建科學選址—規劃布局—生境修復—資源養護—安全保障—融合發展全產業技術鏈條,實現海洋牧場構建原理、技術、裝備、模式等自主創新,拓展牧場建設新空間,打造“北斗+海洋牧場”的全域型海洋生態牧場。

          走向深藍的號角已經吹響,全域型海洋生態牧場的畫卷已經展開。未來更加可期!

          《光明日報》( 2022年05月31日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器28】航天測控系統:目盡星河遠 連通天地間

          【曬曬咱的國之重器28

          光明日報記者?崔興毅

          說起“天宮課堂”,大家不會陌生——花形折紙在水膜里的緩緩“盛開”、泡騰片放入藍色水球的神奇一幕、奇思妙想碰撞的天地互動……傳道授業“天上來”,這場長時間的天地“視頻通話”是怎樣實現的?

          “我們在天地之間打造了一條高效、穩定的通信傳輸‘天路’!”中國電科測控專家陳建民介紹,在測控站、中繼衛星系統中,中國電科從不同維度編織了一條全覆蓋的航天測控通信網,與架設在太空中、距地球3.6萬公里的中繼衛星組網運行?!疤鞂m課堂”的圖像和聲音,就是由測控站收下來,“送”到我們眼前的。

          聲像傳輸只是“開胃菜”,航天測控系統的神功可大著呢!

          比如,已成功落火并持續開展探測活動的火星探測器“天問一號”。它距地球幾億公里,卻能精準接收地面指令,順利完成每一次動作。

          這穿越天地間的“令”和“行”,都要靠航天測控系統來支撐,而整個過程就像“打電話”。

          再以神舟十三號載人飛船為例。地面測控站通過無線電波,發出“你在哪”的“問詢”,神舟十三號通過接收機接收到這個信號,并通過應答機以無線電波的形式,向地面測控站進行反饋。通過無數次這樣的問答,技術人員可以準確知曉神舟十三號的高度、具體位置、飛行軌跡,并指導它完成飛行、變軌、對接等一系列動作。

          現在,月球和火星探測是國際深空探測的重頭戲。要想更好讀懂“星月故事”,除了“做客”參觀,坐地“遙感”也很重要。作為地球與深空探測器聯系的唯一紐帶,測控大家族中的深空探測測控系統正大顯身手。

          為完成首次火星探測任務,我國于2020年在新疆喀什地區完成了4副35米口徑天線組陣深空測控系統的建設,建成亞洲最大70米口徑全可動天線。這讓我們具備了穩定接收微弱人造數據信號和感知極微弱宇宙自然天體輻射電磁波的能力,實現了宇宙深空探測器遙感數據接收和射電天文觀測科學研究,極大助力“天問一號”科學數據的接收。

          要知道,在執行任務的過程中,每一個測控站都不是單獨行動。它們密切配合,確保飛行器一直在可視范圍內,并且以接續傳遞的方式,無死角捕獲飛行器的位置和狀態??梢哉f,這是一場精湛的技術接力,需要密切協同配合。

          作為航天測控通信系統總體研制單位,中國電科牽頭研制了喀什、佳木斯以及南美地區等地的系列深空測控站。在執行航天任務時,技術專家就要分赴海內外,在測控站外場長時間駐守,對設備進行維護、升級,不分晝夜,經受戈壁、海浪、異國等種種考驗,直到收到發射成功的消息后,他們才能放下那顆懸著的心。

          遙望星河,心系蒼穹。正是有了這些太空“守望者”,我們才有可能不斷揭開宇宙的神秘面紗。

          《光明日報》( 2022年05月19日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器27】鍶原子光晶格鐘:35億年不差一秒

          【曬曬咱的國之重器27】

          光明日報記者?陳海波

          逝者如斯夫,不舍晝夜。對于兩千多年前的古人來說,時間就是晝夜交替。對于今天的科學家而言,時間是原子的“跳動”。

          在中國計量科學研究院,有一種特殊的計時設備——鍶原子光晶格鐘。它以鍶原子的躍遷頻率作為時間計量標準。而且,可以把時間測量的準確度提高到35億年不差一秒。

          時間這么精確有什么用?大有用處!而且,科技越發展,用處越大!

          就拿已深入每個人生活的全球衛星導航系統來說,精密時間測量發揮了重要作用。導航系統需要多顆導航衛星組網運行,每顆衛星上都放置有特殊的高準確度的鐘,將時間發送到地面??蒲腥藛T根據接收到不同衛星信號的時間差和坐標,計算出地面的具體位置。在這個過程中,時間越精確,時間差的測量誤差就越小,定位的準度就越高。

          中國計量院時間頻率研究所所長房芳告訴記者,高精度的時間測量還在5G通信、航天發射和測控、智慧城市等領域有著不可替代的作用。

          不過,要實現高精度的時間測量,并不容易。在很長的歷史里,人類計時一直用的是天文秒。就是將地球自轉的周期等分為86400份,據此得到秒長。天文秒取決于地球運動的周期,會隨地球運動速率的變化而變化,不夠穩定,這自然也會影響其準確度。

          隨著量子物理的發展,科學家發現某些量子現象的穩定性遠遠優于天文現象,非常適合作為時間頻率基準,于是提出原子秒,并將其定義到銫-133原子躍遷頻率上,即銫-133原子振蕩91億9263萬1770次為1秒。中國計量院研制的銫原子噴泉鐘,準確度達到6000萬年不差一秒。

          銫原子噴泉鐘屬于微波鐘,它采用的是原子躍遷吸收微波波段的頻率?!岸J原子光晶格鐘的光學頻率比微波頻率更穩定,穩定度提高后,準確度也相應會提高,因此其準確度可以高幾個量級?!狈糠冀忉?,這種基于光學頻率的原子鐘又被稱為光鐘。

          中國計量院從2005年開始自主研制鍶原子光晶格鐘,并不斷改進,相對頻率準確度目前可達到10-18秒,相當于35億年不差一秒,未來還可能提高到上百億年不差一秒。

          目前,科學界正在探討未來進一步修改秒的定義的方案,使時間測量更精準。鍶原子光晶格鐘等光鐘,頻率更穩定,測量的結果也更準確,為進一步修改秒定義提供了現實可能性。

          當然,光鐘更加直接的作用,是作為時間頻率計量的基準。鐘表走得快了還是慢了,必須有一個最終的參照,光鐘就承擔這樣的角色。

          光鐘還可以用來探測引力波。引力波出現時會改變引力勢,而引力勢會改變光鐘的頻率。光鐘的準度越高,越有利于探測引力波。此外,光鐘在驗證相對論、檢驗物理常數變化、發現暗物質等前沿物理領域都可以發揮重要作用。

          逝者如斯夫,我們的科研人員正在為實現更精準的時間測量而不舍晝夜地工作著。

          《光明日報》( 2022年05月07日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器26】“破繭化蝶”:國產大型客機C919

          【曬曬咱的國之重器26】

          光明日報記者 張亞雄

          2017年5月5日14時許,上海浦東國際機場,世界的目光聚焦于此。

          引擎轟鳴、啟動滑行,機頭昂起、直插云霄,鯤鵬振翅、一飛沖天……

          15時19分,伴隨著飛機發動機漸近的轟鳴和人群中激情如火的歡呼,一架后機身被天空藍色與大地綠色包裹著的客機舒展雙翼,穩穩地降落在上海浦東國際機場第四跑道上。

          一個歷史性的時刻就此定格。中國自主研制的C919大型客機首飛成功!

          歷經多年設計研發,國產中程干線客機終于破繭成蝶,翱翔藍天。

          從此,萬里碧空,多了一款屬于中國的完全按照世界先進標準研制的大型客機!這是我國大型客機項目取得的重大突破。

          為什么取名C919?

          它的全稱是“COMAC919”(飛機主制造商中國商飛公司的英文名稱簡寫)?!癈”是“COMAC”的第一個字母,也是中國的英文名稱“CHINA”的首字母;第一個“9”,寓意經久不衰、持久耐用;“19”則代表最大載客量為190座。合起來,就代表著中國一款持久耐用的190座民用客機。

          從1970年我國自主研制的“運十”飛機立項,到2017年C919首飛成功,歷經47個春秋,中國人的“大飛機夢”終于成真。

          飛機設計有多難?在“運十”飛機副總設計師程不時看來,研制飛機,就猶如譜寫一首自己的歌。而C919并非循著前人的曲子填詞,而是重新根據需求創作新曲。

          2008年中國商飛公司成立后,從初步設計到詳細設計再到機體制造,C919走過了7個年頭。2000多份機翼圖紙,機頭、機身、機翼、翼吊發動機等一體化設計,近200項專利申請,擁有完全自主知識產權的干線飛機C919,全部設計均由中國人自己的團隊自主完成。

          “大飛機是我們建設創新型國家的一個標志性工程,也是一個國家裝備制造業的標志?!敝袊こ淘涸菏?、C919大型客機首飛放飛評審會評審委員會主任張彥仲說,“C919大飛機的研制,不僅僅是一個飛機本身,它可以帶動材料、裝備制造、電子系統、信息等一系列產業的發展?!?/p>

          的確,在C919研制過程中,我國大型客機技術創新體系逐步形成,吸引和帶動了多所高等院校和多家企業參與大型客機項目研制——5個大類、20個專業、6000多項民用飛機技術,C919的設計研制,帶動了我國技術、材料、工藝的群體性突破。

          C919有何驕人之處?與同類型飛機相比,它在安全性、經濟性、環保性、舒適性方面特色突出——

          “采用先進的氣動設計,氣動阻力比同類型飛機小”;

          “安全性大家最關心。它完全按照國際適航標準設計,確保了安全性”;

          “與同類型150座級飛機相比,經濟性能更好,因采用了先進的動力系統,它排放的尾氣和噪聲,比現有飛機要低50%以上?!睆垙┲偃鐢导艺?。

          “大飛機創造了一個大時代?!敝袊裼蔑w機設計專家、中國商飛公司專家咨詢組成員吳興世說。完成立項論證、可行性論證、預發展階段工作,轉入工程發展階段,C919,正迎來蓬勃發展的春天。

          《光明日報》( 2022年05月03日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器25】海斗一號:向萬米海底深潛

          【曬曬咱的國之重器25】

          光明日報記者?齊芳

          這是一條能游弋于萬米海底的“中國魚”。

          身長3.8米,橘色的魚背、黃色的魚腹,一雙大眼睛明亮有神!

          要問它是誰?它就是我國自主研發的全海深自主遙控潛水器——“海斗一號”。

          水深范圍從6000米到11000米左右的深??臻g,被科學家稱作“海斗深淵”,是人類了解不多的神秘世界,是地球上最深的海洋區域。海斗深淵究竟什么樣?什么樣的生物生存在那里?生態環境如何?藏著哪些資源……探知這些問題,絕不僅僅是為了滿足人類的好奇心。

          中國科學院深??茖W與工程研究所研究員彭曉彤曾這樣寫道:“以深淵進入技術、深淵探測技術為代表的深海技術,代表了當前國際深海工程技術的頂級水平;以深淵地學、深淵生命科學為代表的深淵科學研究,代表了當前國際深??茖W研究的最新前沿?!?/p>

          頂級水平!最新前沿!可想而知,探索海斗深淵有多難。

          通信、控制、材料……處處是難題,最難的,是如何克服深海壓力。因為,海水深度每增加10米,壓力就會增加一個大氣壓。這意味著,在萬米海底,一個手指甲蓋大小的面積就要承受一噸重量。

          但,這是建設海洋強國必須要征服的高峰。在“十三五”國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項的支持下,中國科學院沈陽自動化所聯合國內十余家科研單位,用近4年的時間協同攻關,終于“啃”下了這塊硬骨頭!

          “海斗一號”在中國國內首次采用全海深高精度聲學定位技術和機載多傳感器信息融合技術,能夠滿足科學研究的多種需求。

          它有靈活的手臂——具有完全自主知識產權的全海深電動機械手,能抓取、能布放、能采樣;

          它還能“看”——通過高清攝像系統等設備,人類終于可以看清海斗深淵的真實面貌。

          2020年5月,“海斗一號”首探馬里亞納海溝。10884、10907、10802、10863……這些數字不僅代表著一次次被打破的無人潛水器世界紀錄,更顯示出“海斗一號”卓越的穩定性。它獲取的樣品與影像資料為我國科學家深入研究海底世界提供了寶貴的一手資料,至今仍在產出科研成果。

          2021年10月,“海斗一號”再探馬里亞納海溝,在萬米海底工作的航時、航程以及連續坐底工作時間等多項技術指標取得重要突破,首次在國際上實現對馬里亞納海溝挑戰者深淵西部凹陷區進行大范圍、全覆蓋巡航探測。

          中國科學院沈陽自動化研究所副所長李碩說:“‘海斗一號’連續萬米深潛與科考應用的成功,標志著我國無人潛水器技術與裝備進入全海深探測與作業應用的新階段,標志著我國在全海深無人潛水器領域邁向國際領先水平?!?/p>

          后續任務緊鑼密鼓。李碩說:“除了按計劃執行深淵科考任務,我們也將進一步提升‘海斗一號’的智能化水平和科考應用能力,為推進國家深遠海戰略發展作出更大貢獻?!?/p>

          “海斗一號”的故事還將繼續,未來更加可期!

          《光明日報》( 2022年04月29日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器24】種子方舟:國家農作物種質資源庫

          【曬曬咱的國之重器24】

          光明日報記者 楊 舒

          清明一過,73歲的山西翼城老農劉懷智從墻上取下一袋珍珠玉米“老種子”,又要開始播種了。

          產量不高,格外“嬌氣”,這把不起眼的小粒玉米,整個翼城只有他家還在種,卻讓第三次全國農作物種質資源普查的科研人員如獲至寶。

          “這是一個珍貴的地方品種,至少有100年歷史。經過鑒定,爆米花率達到99%以上,粒粒都能爆開,品相優于當前主流品種,極具開發價值,能夠保留下來是非常小概率的事件!”中國科學院院士錢前說。

          如今,這把瀕臨消失的種子有了安全的家——

          2021年9月,國家農作物種質資源庫新庫在中國農業科學院建成,并投入試運行。作為全球單體量最大、保存能力最強的國家級種質庫,這里可以收藏各類珍貴的農作物種子等品種資源150萬份,貯藏壽命最長可達50年,作為保障糧食安全的戰略資源,堪稱種子的“諾亞方舟”。

          小小種子,為什么要精心保護?

          1954年,孢囊線蟲病使美國大豆產業遭遇毀滅性打擊,該國科學家從種質資源庫中“翻箱倒柜”,找到了20世紀初從中國收集到的獨特品種——北京小黑豆,正是利用其中特有的抗病基因,最終培育出的大豆新品種才令產業得以復蘇。

          高產、抗病、抗旱、耐鹽堿……多種多樣的農作物種子蘊含著巨量的遺傳基因,成為培育農作物新種的堅實“素材庫”,然而,許多像珍珠玉米這樣的品種正在加速消失,種質資源庫應運而生。

          但一份種子想要入庫,可不是件容易事。

          每一個品種都要先經田間種植“考驗”2到3年,在確認其特點與庫內種存在顯著差異后,才可被“收編”。入庫后的種子,又要經過仔細“體檢”,通過處理、清選、生活力檢測、干燥等十多道“關卡”,最終裝瓶密封。

          這些種子將被保存在不同條件的庫里:在-18℃、濕度低于50%的低溫庫,含水量5%~8%的農作物種子將就此“沉睡”,壽命可從1~2年延長到數十年,喚醒后發芽率仍在九成以上;在試管苗庫,草莓、香蕉、馬鈴薯等幾乎不用種子種植的作物以莖尖作為保存材料,在試管中可一待數月;在超低溫庫,-196℃的液氮則能讓作物組織迅速進入冷凍休眠,就像給生長按下了暫停鍵,幾十年后取出,依然可以活力不減。此外,這里還以DNA的方式保存著一些特有、珍稀、瀕危、野生的作物遺傳資源。

          不僅如此,帶有視覺識別功能的機器人滾筒輸送線實現了種子的快速存取,感知氣味的電子傳感器可以隔空分辨種子的代謝變化,監測在庫種子的活力……智能化、信息化來相助,讓科研人員“穿著棉大衣、登梯爬高存種子”的歷史一去不復返。

          新中國成立以來,我國先后啟動了三次全國性的農作物種質資源征集,但直到1986年,才建成自己的國家作物種質庫(老庫)。早年間,種子只能裝進紙袋或布袋、放在木頭抽屜柜里貯存,保存壽命通常只有兩到三年。

          一晃30多年,誰能想到,如今,我國國家農作物種質資源庫已保存種質資源總量突破52萬份,位居世界第二。而其中約28萬份資源已經在野外、農業生產上消失或絕種,庫中所藏,已是“絕版”。

          在錢前看來,國家農作物種質資源庫是保障國家糧食安全的大國重器,是作物種質資源的“人才庫”,也是打贏種業翻身仗的“彈藥庫”。

          依靠這些珍貴的種質資源,科學家們正通過雜交、分子設計等手段,將優異的農作物基因結合在一起,最終育出突破性的新品種,讓中國人用自己的手攥緊中國種子,端穩中國飯碗。

          《光明日報》( 2022年04月22日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器23】中國錦屏地下實驗室:捕捉最“弱”的光

          【曬曬咱的國之重器23】?

          光明日報記者 鄧暉

          這里是垂直巖石覆蓋厚度達2400米的“極深地下”!

          這里是世界上最“黑”的房子!

          在這個深藏于四川涼山彝族自治州,錦屏山交通隧道中部地下的“黑”房子里,伴隨著原子核信號放大后的微微閃光,科研人員在不間斷運行的儀器旁凝神尋找、捕捉。

          這里,就是中國錦屏地下實驗室。

          科研人員每時每刻的工作就是“找東西”。他們在找什么?

          找宇宙中最“弱”的光——暗物質,一種一直沒有被“看見”,卻在物質起源和宇宙演化過程中具有重要地位的物質。

          如果把宇宙全貌比作一片海洋,到目前為止,人類礙于有限的理解和觀察手段,還只是在探索這片“海洋”的一小部分。天文學的眾多觀測數據表明,暗物質約占整個宇宙物質質量的85%。但,它看不見、摸不著,幾乎不和任何物體發生作用。

          為了捕捉到這神秘又“靦腆”的暗物質,21世紀以來,國際上相繼開展了20多個探測實驗。人們相信:誰先揭開它的面紗,誰就將促成人類對物質世界和宇宙認識的又一次重大飛躍。

          當前,暗物質探測方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質”三類:“上天”指間接探測實驗,為減少地球大氣層的干擾,通常在太空進行;“入地”指直接探測實驗,為減少宇宙線的干擾,通常在地下實驗室進行;“人造暗物質”指加速器實驗,即通過普通粒子的對撞來產生暗物質粒子,主要在歐洲核子中心的大型強子對撞機上進行。

          中國錦屏地下實驗室開展的研究就屬于“入地”。

          在這里,2400米的巖石隧道就像一個暗室,牢牢地把宇宙射線的噪聲擋住。與國際上其他地下實驗室相比,這里巖石覆蓋最深,宇宙線通量最小,可用空間最大,并且具備交通便捷、電力及水源充足的優勢。

          2010年12月12日,“中國錦屏地下實驗室”揭牌并投入使用,標志著中國擁有了世界一流的潔凈的低輻射研究平臺。隨后,清華大學牽頭的盤古計劃(CDEX)高純鍺暗物質實驗和上海交通大學牽頭的熊貓計劃(PandaX)液氙暗物質實驗項目入駐。

          “類似于‘等暗物質自投羅網’?!鼻迦A大學工程物理系教授、CDEX暗物質實驗負責人岳騫介紹,在這個極度安靜的實驗室里,兩支團隊所放置的探測器中的靶粒子會和暗物質“相撞”,并從它們身上得到一點能量,而這個能量可以變成電離信號也可以變成熱振動信號,或是閃爍光信號??茖W家們可以把暗物質粒子和普通物質相互作用后的各種參數都記錄下來,從中統計規律,再利用這些蛛絲馬跡一點點拼湊出暗物質的信息。

          事實上,暗物質和普通物質相撞的概率極低??茖W家們可不是守株待兔。

          4000立方米的實驗室一期里,每一個實驗環節的精心設計,每一位科研人員的分秒必爭,都向著兩個目標奔赴——增效,千方百計提升暗物質的碰撞信號;降本,絞盡腦汁屏蔽背景的干擾信號。

          成果接二連三。2013年,CDEX合作組發表了我國首個暗物質直接探測實驗結果。2014年,給出點電極高純鍺暗物質探測方面國際最靈敏實驗結果,這一結果利用相同探測技術,確定性地排除了美國CoGeNT實驗組給出的暗物質存在區域。近兩年,雖然在中國錦屏地下實驗室的國家重大科技基礎設施“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施”還在緊鑼密鼓的建設過程中,但兩個實驗組持續取得新突破,在暗物質年度調制、暗光子、軸子等不同暗物質模型下給出了一系列國際先進成果,保持國際“并跑”。

          眼下,正在建設的二期實驗空間將增加到30萬立方米。更多科研團隊正摩拳擦掌,等待進入擴建后的這個極深地下實驗空間。

          暗黑世界,只為那一眼“看見”!在這條路上,每一點執著堅持后的發現都將使人類對物質世界的認識更進一步,也必將在科學史上鐫刻下屬于中國科學家的一筆。

          《光明日報》( 2022年04月12日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器22】“華龍一號”:中國核電走向世界的名片

          【曬曬咱的國之重器22】

          光明日報記者 崔興毅

          你可能一直對蘇聯切爾諾貝利核電站、日本福島核事故心有余悸;你可能總會對與核有關的一切加一份小心——“安全嗎?”

          但如果你認識“華龍一號”,你一定會放下擔心,給它一個大大的贊!

          “華龍一號”是什么?

          它是我國具有完全自主知識產權的三代壓水堆核電創新成果。3月25日,“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,“華龍一號”示范工程全面建成投運,我國核電技術水平和綜合實力躋身世界第一方陣。

          我們為什么對“華龍一號”的安全性底氣十足?

          那是因為,設計人員給它配備了世界上最堅固的盾牌——“雙層安全殼”!有了它,可以抵御17級臺風,可以應對9級烈度地震的襲擾。而在反應堆內部,“華龍一號”創新性采用“能動與非能動相結合”設計理念,以非能動安全系統作為高效、成熟、可靠的能動安全系統的補充,層層布置,縱深防御,抗震能力大幅提升。

          “可以說‘華龍一號’具有目前人類對核電最高級別的安全防護,能夠確保我們不會發生類似于福島這樣的核事故?!敝泻思瘓F華龍一號總設計師邢繼言辭肯定。

          不僅安全性高,“華龍一號”的發電能力也不容小覷。目前,“華龍一號”福建福清核電5、6號兩臺機組,每年能發電接近200億度。

          “200億度”,這是什么概念?

          讓我們以三峽大壩來舉例——平均年發電量900億度。這樣看,建造9臺“華龍一號”,就能抵得上一個三峽大壩。而且,水力發電受自然環境影響,在豐水期與枯水期的效能截然不同,核電則能日夜不停地提供電力,不受季節和地域限制。

          “200億度,還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,對實現我國雙碳目標意義重大?!毙侠^說。

          要知道,設計建造核電站可不是個簡單的事。這樣一個極其復雜的超級工程,涵蓋上千個系統,僅設計圖紙就超十萬張,每更改一個數據,就意味著需要重新進行一輪分析計算。也正因此,國際上大部分三代核電機組的首堆建設都曾陷入拖期泥潭。

          但“華龍一號”卻創造了建設工期的世界紀錄——以68個月的最短周期,打破“首堆必拖”的魔咒,成為全球首個按期投產的三代核電首堆。

          “華龍一號”能按期推進,秘籍就藏在中國30余年不間斷建設核電的積淀里——

          “‘華龍一號’中的全新設計,可以說是革命性的,沒有任何現成的經驗可以借鑒,怎么辦?”

          “對于設計上的改進,以前的整個試驗方案都行不通了,怎么辦?”

          “試驗方案有幾種,用哪種最合適?”

          為了找到這一系列問題的答案,中國核電人一次次推演論證、又一遍遍調整甚至推翻,合力闖過技術難關。

          “我們深信,為華龍拼命一點都不苦,看不到核電自主創新的出路,才是真的痛苦!”“華龍一號”福清5、6號機組總工程師魏峰如此感嘆。

          的確,假如“華龍一號”會說話,它會告訴你一個關于核電自主創新夢想成真的傳奇故事。

          從過去建設核電站用的地板磚、水泥都要從國外進口,到現在的三代核電“中國芯”“能動+非能動相結合”安全技術、綜合性熱工水力試驗平臺……716件國內專利、80件國外專利,覆蓋設計、制造、建設、調試等全部領域,只為核心關鍵設備不受制于人。

          如今,“華龍一號”作為我國核電走向世界的“中國名片”,已經與巴基斯坦、阿根廷等60多個國家和地區達成合作進展。而作為全球市場接受度最高的三代核電機型之一,“走出去”的“華龍一號”收益相當可觀——每出口1臺,就相當于出口30萬輛汽車,能拉動裝備和設計超過百億元人民幣,全壽命周期超過千億元人民幣。

          《光明日報》( 2022年04月04日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器21】風云系列氣象衛星:遙看地球萬千變幻

          【曬曬咱的國之重器21】

          光明日報見習記者?張曉華?光明日報記者?張蕾

          你可能不知道,2017年9月25日至28日,當你打開微信,啟動頁面上的“地球”,正好是從我們的祖國上空拍攝的。

          而地球的這張長焦特寫,出自目前最牛的靜止軌道“地球攝影師”——風云四號A星。

          “風云”這個名字,你不該陌生。它是我國獨立自主研制的一套完整氣象衛星系統。自1970年開始研制起,風云系列氣象衛星從零起步、發展迅速,最終助力我國成為世界上少數同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛星的國家之一。

          而風云家族可是個大家族。

          截至目前,我國已成功發射“兩代四型”共19顆風云氣象衛星。其中,風云一號和風云三號屬于極軌衛星,它們通過南北兩極圍繞地球飛行,能夠進行全球觀測;風云二號和風云四號屬于靜止軌道衛星,它們始終和地面保持相對靜止,用于對我國及周邊區域進行氣象探測。

          天氣預報、氣候預報、災害監測、科學研究,在眾多重要領域,風云家族成員個個身手不凡,業務覆蓋近百個行業,能持續為全球118個國家和地區提供數據產品和服務,難怪被稱為“百姓星”“中國星”。

          風云家族的每個成員都身懷絕技。

          2021年7月1日,為慶祝中國共產黨成立100周年大會提供精準氣象預報;兩個半月后,陜西“十四運”開幕式結束10分鐘后大雨如注……中國航天科技集團八院風云四號氣象衛星產品保證經理陳曉杰說:“這些‘分鐘級’的氣象保障服務都有賴于2021年6月3日發射的風云四號B星,它搭載的快速成像儀衛星載荷可以實現1分鐘間隔250米分辨率的高時空觀測,能為精細化監測以及人影作業的準確實施提供有力支撐?!?/p>

          參加“十四運”氣象服務的還有被稱為“黎明星”的風云三號E星:它在晨昏時間進行觀測,可彌補全球數值天氣預報6小時同化窗口內衛星觀測資料的空白,有效提高天氣預報的精度和時效;它搭載的微光觀測設備,在光線不足的情況下也可“看得清”地球上的風起云涌;它攜帶的太陽全能譜觀測儀,可實現對日冕層的全能譜觀測,這是對地球環境影響最直接的太陽外部結構,將為科學家理解地球氣候和天氣變化的原因提供更全面的資料。

          我們再說說微信啟動畫面的“拍攝者”——風云四號A星。它對我國及周邊區域每5分鐘成像一次,最高分辨率為500米;在國際上首次實現垂直探測儀器和成像觀測儀器同臺工作,一顆星做了別的國家兩顆衛星的工作,被稱為中國氣象衛星界的“實力擔當”。

          風云家族的未來可宏大呢!

          據悉,2035年前,我國將建成第三代風云氣象衛星綜合觀測體系,實現星地—星間協同智慧觀測,全球觀測數據獲取和處理時效將達到1小時以內?!暗谌鷼庀笮l星將實現精準預報,滿足全要素、精細化氣象觀測需求,在氣象預報、氣候預測、大氣化學、生態環境監測以及防災減災等應用領域起到主導作用?!敝袊教炜萍技瘓F八院風云三號衛星總體主任設計師陳曉飛描繪的藍圖令人振奮。

          大千世界,氣象萬千,且看“風云”如何變幻……

          《光明日報》( 2022年03月23日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器20】閃耀蒼穹:北斗衛星導航系統

          【曬曬咱的國之重器20】

          光明日報記者?張蕾

          照顧300多頭駱駝在大漠戈壁中“閑庭信步”,會是什么感覺?

          曾經,這是牧民巴都瑪拉最艱巨的任務——每天騎著摩托車在沙漠里漫無目的地找放養的駱駝,一找就是一天。

          而今,一款“神器”讓巴都瑪拉如獲至寶——給駱駝戴上北斗定位項圈,通過手機可以遠程實時掌握駱駝群的位置和移動速度?!斑^去找駱駝每天要跑幾十里地甚至更遠,現在有了這個寶貝,找駱駝輕松了,不用在沙漠中奔波受苦?!卑投棘斃_心地說。

          巴都瑪拉口中的這個寶貝,正是北斗,全稱為“北斗衛星導航系統”。

          中國人對于“北斗”的信賴由來已久。北斗星,猶如茫茫蒼穹中的一座燈塔,在暗夜中指引方向,于星際間探索未知——也正因此,我國將自主研發的衛星導航系統命名為“北斗”。

          2020年6月23日9時43分,北斗三號最后一顆全球組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空,約30分鐘后進入預定軌道。至此,中國北斗工程完成了“三步走”,55顆導航衛星在浩渺太空“織”出一盤“大棋局”。

          殊不知,為了這盤“大棋局”,數十載里,千軍萬馬闖過了千難萬險,付出了千辛萬苦。

          北斗棋局,始于20世紀后期。

          棋路清晰“三步走”:“2000年年底,建成北斗一號系統,向中國提供服務;2012年年底,建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年中期,建成北斗三號系統,向全球提供服務?!北倍芬惶栃l星總設計師、中國工程院院士范本堯回憶。

          棋局之高明,范本堯更是如數家珍:“首次成功采用由‘3顆地球靜止軌道(GEO)衛星+3顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛星+24顆中圓地球軌道(MEO)衛星’組成的多軌混合星座,大大提高了我國周邊地區的定位精度,以及導航系統自身的健壯性和生存能力;首次成功采用RDSS+RNSS導航雙體制,不僅讓導航系統有了備份,還擁有報文通信功能;部分衛星首次使用激光星間鏈路,在高、中、低軌星座間以及地面站間形成通信鏈路,不僅提高了導航系統的定位精度,還解決了在國外無法建站的難題;衛星部件100%實現國產化,特別是自主研制出星載高精度原子鐘,打破了核心部件長期依賴進口、受制于人的局面……”

          更難能可貴的是,以自力更生為風骨、自主創新為靈魂的北斗衛星導航系統,始終將服務全球、造福人類作為初心與使命。

          廣袤原野,定位“神器”可以助力牧民智慧放牧;田間地頭,高精度技術能幫助農民起壟、播種、噴藥、收獲。還有我們日常生活中的時時處處:當你想找“小黃車”時,當老人走失、驢友迷路時;當然,還有民航、海事、全球搜救的關鍵時刻……自建成開通以來,北斗系統運行穩定且性能不斷提高,持續滿足著全球用戶的需求,成為我國積極推動構建人類命運共同體的生動案例。

          如今,北斗系統的規模應用已進入市場化、產業化和國際化發展的關鍵階段?!澳壳?,全球一半以上的國家和地區都在使用北斗產品?!北倍沸l星導航系統工程總設計師、中國工程院院士楊長風說。

          仰望星空,北斗璀璨,浩渺的星河從未離我們如此之近。中國的北斗,世界的北斗,一流的北斗——這是北斗系統不變的初心,更是時代賦予中國的歷史使命。

          《光明日報》( 2022年03月21日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器19】“悟空”號暗物質粒子探測衛星

          曬曬咱的國之重器19

          光明日報記者 楊舒

          距離地面500公里左右的太陽同步軌道上,來自中國的“悟空”正在遨游。

          每天,這顆1米見方的小小衛星繞地飛行大約15圈,用“火眼金睛”努力探測著宇宙高能粒子的蹤跡。

          這只“孫猴子”到底在找什么?

          其實,浩瀚的銀河系中,除了恒星、行星等這些我們肉眼可見的天體,還可能存在許多看不見的暗物質??茖W家們推測,它們不發光、也基本不與其他物質有相互作用,在一般光學手段觀測下,猶如“隱身”。

          不過,當一對暗物質粒子偶然碰撞時,可能會湮滅,并放出電子、正電子和伽馬射線等高能粒子。如果能夠精確“捕捉”到這些粒子的信息,就可能反推出暗物質存在的蛛絲馬跡。

          2021年9月7日,“悟空”號暗物質粒子探測衛星首批伽馬光子科學數據向全球公開。自2015年12月17日成功飛天,“悟空”一次次所發布的寶貴數據令世界矚目,推進著人類對宇宙的進一步認識。

          這只“孫猴子”到底長什么樣?

          這顆由中國科學院研制生產的衛星,體積比一張辦公桌大不了多少,像一個倒立的銀白色四層蛋糕,有效載荷卻達到1.4噸,內部集成了近8萬路電子學信道。從上到下,“悟空”裝備有四大探測器:塑閃陣列探測器、硅陣列徑跡探測器、BGO(鍺酸鉍)量能器和中子探測器。其中,BGO量能器包含300多根60厘米長的鍺酸鉍晶體。這些漂亮的“水晶棒”猶如孫悟空的“金箍棒”,對入射粒子的能量能進行極為靈敏的測量。

          它的視力究竟要多強,才能稱得上“火眼金睛”?

          據“悟空”號首席科學家、中國科學院院士常進介紹,“悟空”號是世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的空間宇宙線探測器,也是我國第一顆空間天文衛星。它平均每秒就能“捕捉”60個高能粒子,可以對GeV到數十TeV量級之間的電子、伽馬射線等宇宙線粒子進行測量。

          這是什么概念?1GeV是10億電子伏特,1TeV是1000GeV,即1萬億電子伏特。而人眼所能接收到最敏感的可見光能量,僅僅約為2電子伏特。

          飛行6年多,“悟空”號已經完成全天區掃描超過11次,獲取了百億個高能宇宙射線事件。每天清晨和傍晚,這只“孫猴子”都會飛過中國的上空。位于北京密云、新疆喀什和海南三亞等處的接收站每天接收著“悟空”號傳回的數據,透過這些數據,暗物質的面紗已陸續被揭開……

          2021年5月,“悟空”號團隊繪出迄今最精確的高能氦核宇宙線能譜,并觀測到能譜新結構。這是“悟空”號繼精確測量電子能譜、繪制高能質子宇宙線能譜后,第三次發布重要科學結果,標志著我國空間高能粒子探測已躋身世界最前列!

          國際物理學界普遍認為,揭開暗物質之謎,將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學之后的又一次基礎科學變革。

          踏入暗物質探測競賽的前沿,中國科學家們相信,借助“悟空”“火眼金睛”的廣大神通,我們將可以窺見嶄新的宇宙面貌,離逮住那“看不見摸不著”的暗物質,也許不遠了!

          《光明日報》( 2022年02月22日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器18】三代核電技術的中國品牌:“國和一號”

          【曬曬咱的國之重器18】

          光明日報記者?張翼

          “受益無窮”還是“談核色變”?中間只隔著“安全”與“高效”兩個詞。

          2020年9月28日,國家電力投資集團有限公司正式發布我國三代核電自主化標志性成果“國和一號”——通過三代核電自主化,我國正在實現對國際最高水平的趕超。

          山東榮成的冬天,寒風凜冽,空氣濕冷。

          “國和一號”拼裝現場,廖正友正在一項一項地進行著安全排查,不容放過任何一個細節。他是中國核工業二三建設有限公司國核示范工程項目部的安全員,更讓他引以為傲的是,他是“國和一號”締造者中的一員。

          自2008年啟動項目研發,600多家單位、31000余名技術人員參與,累計形成知識產權成果超過7600項,設備國產化率超過90%……這,就是“國和一號”的簡歷。

          這份簡歷的底紋,印著四個大字——自主創新?!啊畤鸵惶枴蚱屏硕囗棽牧霞霸O備制造技術壟斷,主泵、爆破閥、壓力容器、蒸汽發生器、堆內構件等關鍵設備材料全部實現自主化設計和國產化制造?!贝笮拖冗M壓水堆核電站國家科技重大專項總設計師、國家電力投資集團有限公司核能總工程師鄭明光語出豪邁。

          但是,有誰知道,今天的這份豪邁緣自一個大門檻。

          根據以前與外方的合作協議,只有電功率超過135萬千瓦,我國才能擁有三代非能動核電的自主知識產權。

          135萬千瓦,對非能動安全和主要設備來說,就是那個大門檻?!斑@不是簡單的等比例放大,而是要具備自主設計、研制和試驗的能力——不掌握核心技術,這個大門檻就邁不過去?!编嵜鞴庹f。

          于是,從核電“大動脈”主管道到“心臟”主泵,從“大腦”核設計與安全分析軟件到“中樞系統”核電儀控,再到電纜、儀表等遍布核島各處的“血管”“神經”……三代核電自主化技術攻關團隊在關鍵核心技術上狠下功夫,一項項空白逐步掃清。

          72小時、56個月、60年、900萬噸、153.4萬千瓦,它們之間有什么關聯?

          它們,可以換算成“國和一號”安全、經濟與環保的效果圖——采用非能動安全系統、事故后無須人工干預時間為72小時,建造周期56個月,電站整體和主體設備壽命60年,每年二氧化碳減排量約900萬噸,單機組發電功率153.4萬千瓦……

          還有一個數字你該了解:核電技術從二代跨越到三代,安全水平提高100倍。

          這是安全性質的飛躍。那么,“國和一號”的安全性到底有多硬核?

          讓我們用事實說話。

          先看“國和一號”最外層的混凝土屏蔽廠房:僅厚度就有1.1米,采用獨特的SC特殊結構,兩層鋼板內部填充高性能、高強度的混凝土,縱使臺風、海嘯來襲,商用大飛機撞擊,它都巋然不動。

          再看由4道屏障構成的內部安全保護:燃料芯塊、燃料包殼、一回路壓力邊界、鋼制安全殼,特別是直徑43米、高70多米的鋼制安全殼,仿佛一個巨大的膠囊型鋼鐵屏障,事故后可以將放射性物質牢牢包裹住。

          而作為三代非能動核電特殊標志的頂部“帽子”,實際上是一個大水箱,代表著最關鍵的核安全設計理念——不依賴外在動力源即可運行?!鞍寻踩到y的水箱放在高位,一旦發生事故時,水會在重力作用下流到反應堆堆芯或安全殼表面,自動冷卻堆芯與安全殼系統,保證反應堆堆芯與安全殼這道安全屏障不受損壞?!编嵜鞴饨榻B。

          得三代先進核電技術“真經”者,得清潔能源的未來!如今,國之重器“國和一號”的創新故事仍在上演,讓我們拭目以待。

          《光明日報》( 2022年02月11日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器17】我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星

          【曬曬咱的國之重器17】

          光明日報記者?齊芳

          深冬寒夜,中國科學院大氣物理研究所2號樓816辦公室燈火通明。

          楊東旭副研究員帶領課題組一直在忙——利用我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星(碳衛星)取得的觀測數據,他們在分析計算全球碳匯和碳排放時空分布的新結果,討論我國碳匯變化趨勢?!斑@能夠幫助我們了解這顆衛星的優勢和不足,以便優化未來衛星的設計”。

          二氧化碳排放是地球變暖的元兇之一。誰排放了二氧化碳?排放了多少?這些二氧化碳又去哪里了?

          這是科學研究需要回答的問題,是政策制定的科學依據,也是全球氣候變化國際談判中的關鍵數據——

          “碳衛星”能夠幫助我們給出答案!

          2016年12月22日,它在酒泉成功發射。它帶在“身上”的,有我國科研人員自主研發的高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀、多譜段云與氣溶膠探測儀等探測設備。這一下子,標志著我國在溫室氣體監測領域達到了先進水平。

          有了觀測數據只是第一步,接下來是數據的反演——

          太陽輻射在大氣中是如何傳輸的?大氣散射、吸收有什么特征?中國科學院大氣物理研究所的科研團隊研制出了中國碳衛星二氧化碳濃度反演算法,高精度模擬,精確地刻畫,這些問題,迎刃而解。

          正因為有了這樣精度優、效率高的算法,全球大氣二氧化碳含量的實時變化情況可以真實、客觀地反映出來,碳源匯的定量計算與監測也有了依據。

          這顆“碳衛星”真是出手不凡:2017年9月,首幅全球二氧化碳分布圖問世,平均精度達到2.11ppm;2020年,中科院大氣物理所劉毅團隊改進了數據質量和反演算法,將數據精度提升到1.5ppm,并獲得陸地生態系統日光誘導葉綠素熒光數據產品;2021年,獲取了中國“碳衛星”首個全球碳通量數據集。

          “這是一個里程碑式的結果,標志著我國具備了全球碳收支的空間定量監測能力,是國際上繼日本、美國之后的第三個具備該技術的國家?!睏顤|旭自豪地說,這顆“碳衛星”,讓我國科技工作者和相關部門能夠掌握第一手數據,增加了我國在氣候變化全球談判中的底氣。

          工作還在繼續,正如劉毅所說:“我們希望能與其他國家合作形成碳衛星‘虛擬星座’,聯合觀測大氣二氧化碳,為全球氣候變化提供更加豐富的監測數據。同時,我國新一代‘碳衛星’的設計與研發已經提上日程。這將助力我國實現‘雙碳’目標,也體現了一個大國的擔當。作為科研人員,我們深感使命光榮?!?/p>

          《光明日報》( 2022年02月08日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器16】洞悉宇宙的“中國天眼”

        ??曬曬咱的國之重器16

          光明日報記者 詹 媛

          身在洼地,卻能捕捉遙遠星系的極微弱信號。這是怎么做到的?

          這,就是我國500米口徑球面射電望遠鏡——“中國天眼”(FAST)的過人之處!

          它是世界最大單口徑射電天文望遠鏡,目之所及,即是“光年之外”;“功力”強大,洞悉深暗宇宙。

          山廓作眼瞼,圈梁是眼眶,反射面板當眼球,饋源艙為瞳孔——高空看它,銀色巨“眼”,氣象非凡:它的口徑達500米,相當于30個足球場的接收面積,光反射面板就有4450塊;除了大,值得驕傲的還有,它是世界上靈敏度最高的射電望遠鏡。

          眾所周知,天文學是一門高度依賴觀測設備的科學。沒有觀測設備,只能開展理論研究或者根據別人的資料進行研究。

          現在好了!歷時22年,有了“天眼之父”南仁東傾畢生心血建成的“中國天眼”,“我們在國際天文學領域的地位不一樣了……在射電天文學領域,我們已經進入第一方隊?!敝袊茖W院院士、FAST科學委員會主任武向平說。

          引力理論、星系演化,乃至物質和生命的起源,解鎖這些困擾人類已久的宇宙奧秘,“中國天眼”可以發揮什么作用?

          來看看它的成績單吧!

          正式驗收兩年來,已發現約500顆脈沖星,成為世界上發現脈沖星效率最高的設備?!拔覀冇行判乃褜さ?000顆脈沖星?!眹姨煳呐_首席研究員韓金林說,作為大質量恒星死亡后的殘骸,脈沖星長期以來都是天文和物理的前沿研究領域,對其發現和研究,是國際上大射電望遠鏡關鍵科學目標之一?!爸袊煅邸?,已經成為世界上最強大的脈沖星搜尋利器!

          年觀測時長超過5300小時,已遠超國際同行預期的工作效率;基于觀測數據發表的高水平論文達到120余篇……其中,快速射電暴(宇宙中最明亮的射電暴發現象)研究成果發表于國際科學期刊《自然》雜志,使得我國相關科研團隊迅速成為國際快速射電暴的核心研究力量。1月6日,《自然》雜志以封面文章形式發表“中國天眼”中性氫譜線測量星際磁場的重大進展,人類破解恒星誕生謎題又前進了一步。

          按照科學目標和相關戰略規劃,“中國天眼”還確立了多個優先和重大項目,包括多科學目標漂移掃描巡天、中性氫星系巡天、銀河系偏振巡天、脈沖星測時、快速射電暴觀測等。

          科技創新離不開國際合作和開放共享。

          “中國天眼”在建設之初,即確立了按照國際慣例逐步開放的原則。從2021年3月31日向全球科學家開放觀察申請至今,“中國天眼”已收到全球共7216小時的觀測申請,最終,14個國家(不含中國)的27份國際項目獲得批準,并于2021年8月啟動。

          好消息不斷——“中國天眼”正在考慮拿出1%的觀測時間對全國中小學生開放?!爸行W生可以提出好的科學想法,由專業天文學家幫助他們來實現?!蔽湎蚱秸f。

          洞悉宇宙,全人類將借助“中國天眼”,獲得更廣闊的視野。

          《光明日報》( 2022年01月25日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器15】極地科學考察船“雪龍2”號

          【曬曬咱的國之重器15

          南極洲,一艘巨輪,身披中國紅,高昂起船首的破冰艏柱,犁開一條水道緩緩駛來。

          這是中國“雪龍2”號!

          2021年11月23日,中國第38次南極科學考察隊第二批101名隊員乘坐“雪龍2”號極地科學考察船,從上海啟程,開赴南極。自2019年7月交付使用以來,這艘我國首次自主建造的極地科考破冰船已歷經多次大考,成為咱中國人探索極地的“神兵利器”。

          南極,蘊含著無數科學奧秘,早在百年前,歐美國家就已紛紛邁出了科考的腳步。

          但直到1984年,我國科學家才首次“出征”南極。彼時,沒有破冰船,僅靠普通船只開啟了步履維艱的極地探索。

          9年后,我國從烏克蘭購買了一艘尚未完工的北冰洋運輸補給船,經多次改造,成為我國唯一一艘極地科考破冰船——“雪龍”號。這艘功勛船“單兵作戰”,一干就是20多年。然而,功能上的“半路出家”,加之船齡上的“老驥伏櫪”,老“雪龍”已然不能勝任我國極地科考的艱巨任務。

          “雪龍2”號因時而生。

          它由自然資源部所屬中國極地研究中心組織實施建造。對標世界一流科考破冰船,“雪龍2”號船長超過120米,船頭形似一個破冰的錘頭,可以每小時2至3海里的速度在1.5米厚的冰層中連續“行走”。它的續航力達到2萬海里,在額定人員編制的情況下,中途不補給,最長可以在海上連續活動60天。

          讓全球嘖嘖稱羨的是,“雪龍2”號有一把獨門絕活——雙向破冰。船頭、船尾不論是正向行駛,還是倒退時都可破冰。不僅如此,它的螺旋槳強度也比普通船舶高得多,在遇到難以破碎的冰脊時,可用船尾高速旋轉的螺旋槳把冰“削”碎,開出一條水路。

          以往,在“雪龍”號上,科考隊員取樣和布放探測器時,都須冒著墜海的風險站在船邊,如果浮冰太多,取樣更難。但在“雪龍2”號上,設計有一個直通海底的“井口”——月池,讓科考儀器可以在船上直接入水,即便船外被100%海冰覆蓋,也不怕了。

          此外,各式各樣的傳感器遍布全船,組成了智能“神經系統”,使其在復雜的環境中也能實現自動駕駛。先進動力定位系統的配置,更能令船體在狂風大浪中“穩如泰山”。

          “‘雪龍2’號不僅填補了我國在極地科考重大裝備領域的空白,更彰顯出我國船舶技術的不斷提高?!薄把?”號總設計師吳剛說。

          “雪龍2”號的命名人是中國科學院院士、自然資源部第二海洋研究所研究員陳大可。對于這艘巨輪的期待,陳院士在命名詞中這樣寫道:

          “我命名你為‘雪龍2’號,愿你:承續永恒的南極精神,滿載極地人和祖國的期許,承載起極地求索的使命與擔當,承載起興海強國的光榮與夢想,面向南北兩極,劈波斬浪,破冰前行,順利平安!”

          《光明日報》( 2022年01月13日 01版)

      • 【曬曬咱的國之重器14】國家微生物科學數據中心

          【曬曬咱的國之重器14】?

          光明日報記者 齊芳

          細菌、病毒、真菌、支原體、衣原體……

          談及它們,你定會避之不及。但是,你知道嗎?在地球生物圈,它們占據著重要位置——環境、食品、醫藥、健康、工業、農業、化學化工、材料、生物安全,與人類存續相關的所有環節,幾乎都與它們有關。其家族成員還包括放線菌、立克次氏體、螺旋體……它們,都是微生物。

          微生物研究,是科技界持續關注的熱點,也正因此,微生物科學數據成為一種重要戰略資源。

          2019年6月,作為我國首批啟動的20個國家科學數據中心之一,依托中科院微生物研究所,與中國疾控中心傳染病所、中科院海洋所、中科院上海植物生理生態研究所、中科院計算機網絡信息中心等單位共建的國家微生物科學數據中心,開始承擔起保存、整合、挖掘、利用微生物科學數據的重大使命。

          模式微生物、基因序列、標本、菌種……從開始的自有數據共享,到如今,國家科技計劃匯交數據、期刊數據、華大基因等測序公司數據源源不斷地匯集,你能想象嗎?這里,已匯集數據條數超過40億、3PB;這里,已成為我國最重要、在世界上有極大影響力的微生物科學數據中心。

          不僅如此,國家微生物科學數據中心還制定了第一個微生物數據領域的國際ISO數據標準,覆蓋資源、物種、組學、功能等方面的數據管理與發布。他們還在此基礎上開發了擁有自主知識產權的數據管理平臺,在國內外上百家單位使用。

          中心主任、中科院微生物所研究員馬俊才時常會被問到這樣一個問題:“國際上已經有GENBANK、GISAID等比較知名的微生物數據庫,如果科學是無國界的,為什么我們還要建立自己的數據庫?”

          馬俊才的回答總是耐心而堅定——

          “國家微生物科學數據中心與這些數據庫從來不是非此即彼的關系,它的建立,既是為了保障國家微生物數據主權,也是為了依法依規推動數據共享和國際交流?!?/p>

          馬俊才說,目前幾家比較大的數據庫均在國外,數據收錄和公布的流程比較復雜、時間比較長,有些數據庫的下載還要收費。

          “我們國家財政支持的科研所產生的數據,中國科學家使用還得給別人交錢,這合理嗎?”

          好消息來了!馬俊才說,作為國家科技資源共享服務平臺,中心數據資源全部免費共享,“這從某種程度上解決了我國科學家不能使用我國數據的窘境”。

          有了科學數據,還要讓數據“活”起來——

          國家微生物科學數據中心在數據的加工整理和分析挖掘上下了大功夫。馬俊才說,他們以國家微生物科學數據中心為依托,與國家食品安全領域開展合作,建立了國家食源性致病微生物全基因組數據庫及溯源網絡,對31個省區市的60種食品基質、9000株細菌、500株真菌、500株病毒的菌種進行測序,并建立了相應的大數據平臺和應用系統,保障國家食品安全。

          接下來的目標是什么?馬俊才說:“我們也在不斷提升自己的能力和國際影響力,建立更多數據標準、牽頭國際重大合作計劃,爭取吸引更多國內、國際科學家把科學數據提供給我們,建立更多具有國際權威的微生物數據庫?!?/p>

          《光明日報》( 2022年01月04日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器13】全能影像診斷設備:一體化PET/MR

          曬曬咱的國之重器13】?

          光明日報記者 顏維琦

          它是玩轉“跨界”的頂尖高手,有人說它好比變形金剛里的“大黃蜂”——一次掃描可以同時獲得兩種模態的數據,10分鐘三床位即可完成全身掃描,同時采集患者組織結構、功能狀態及分子代謝信息等多維度信息,從分子水平提供精準“情報”,從而大大提高腫瘤、神經系統及心血管系統等疾病的早期發現,有助于疾病防治關口前移,提升重大疑難疾病的診治水平。

          它又被業界譽為“科技皇冠上的明珠”,是目前世界上最先進的分子影像學檢查設備,堪稱高端醫學影像診斷設備領域最尖端技術的代表。要摘取“明珠”,談何容易!由于研發難度極高,此前只有兩家跨國公司具備研發能力。聯影醫療“一體化PET/MR”投入市場后,這一狀況才得以打破。

          2018年10月,由聯影醫療牽頭主導,攜手數十家頂級科研院所、醫院完成的“一體化PET/MR”項目獲國家藥品監督管理局認證,正式進入市場。這是“十三五”以來國家大力推動產學研醫深度融合創新的成果,填補了中國在高端醫療設備最尖端領域的空白。

          一體化PET/MR,顧名思義,就是把正電子發射計算機斷層掃描儀(PET)與磁共振成像系統(MR)有機整合到一起。聯影醫療牽頭完成的這一設備,實現了核心部件自主研發,且性能領先國際。在復旦大學附屬中山醫院進行的臨床驗證中,不到一年時間,累計掃描患者上千人,第三方檢測機構評估顯示,各項核心性能參數達到甚至部分超過國際先進水平,其中空間分辨率提高60%,成像速度提高一倍。截至目前,聯影醫療“一體化PET/MR”已在國內十余家頂級三甲醫院投入使用。

          在顱腦腫瘤、胰腺癌、前列腺癌、多發性骨髓瘤等腫瘤診斷中,聯影醫療“一體化PET/MR”能夠實時、全方位鎖定病灶,不放過局部微小病灶與遠端轉移灶,助力醫生精準診斷。

          這一影像診斷中的“全能王”,還能全方位提供關于大腦解剖、生理、代謝與功能方面的信息,助力神經退行性疾病、癲癇等腦科學方面的前沿探索。沒有電離輻射,可大幅減少射線劑量,也讓它對兒童和需要多次復查的腫瘤患者更為友好。

          “更加精準、更加高效、更多信息、更加安全”,作為國產醫學影像尖端設備的代表,一體化PET/MR在腦圖譜繪制、新冠肺炎患者康復監測等領域也發揮著重要作用,助力科學家們邁向科研更高峰。

          《光明日報》( 2021年12月26日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器12】高海拔宇宙線觀測站

          【曬曬咱的國之重器12】

          光明日報記者 齊 芳

          仰望星空,你是否會好奇:我們身處的宇宙從何而來?宇宙中究竟有什么?未來又向何處去?

          青藏高原上,有一群科學家正努力尋求答案——

          在海拔4410米的四川省稻城縣海子山,鋪開一張占地面積約1.36平方公里的“大網”,捕捉被稱為“宇宙飛彈”的宇宙射線。這就是由國家發展改革委立項支持的高海拔宇宙線觀測站,昵稱“拉索”(LHAASO)。

          高能宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子,其能量跨度為109~1020電子伏特,主要由質子和多種元素的原子核組成,并包括少量電子和光子。宇宙線彌漫在整個宇宙,攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環境等重要科學信息。研究宇宙線及其起源是現代物理學中最基礎的問題之一,也是人類探索宇宙的重要途徑。

          “LHAASO的核心科學目標是探索高能宇宙線起源以及相關的宇宙演化和高能天體活動,并尋找暗物質;廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內部的伽馬射線源等?!盠HAASO首席科學家、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻介紹,LHAASO通過捕捉光子來研究宇宙線,這張“大網”的一個個節點是布置在地面上的5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器,“大網”的中心是占地78000平方米的水切倫科夫探測器,水切倫科夫探測器外側就是18臺廣角切倫科夫望遠鏡。

          讓曹臻自豪的是,LHASSO具有最高的超高能伽馬射線探測靈敏度、甚高能伽馬射線巡天普查靈敏度,最寬廣的能量覆蓋度對宇宙線能譜和成分進行精確測量,不僅是目前國際上最先進的地面宇宙線探測站,更能夠長期占據這類實驗研究領域的制高點。

          還在試運行的LHAASO已經產出了世界級的原創成果:2021年5月,國際學術期刊《自然》刊登了LHAASO國際合作組的最新成果——首次在銀河系內發現大量超高能宇宙線加速器,為尋找超高能宇宙線的來源劃定了目標。同時,LHAASO記錄到能量達1.4拍(拍=千萬億)電子伏的伽馬光子。這是人類觀測到的最高能量光子,突破了人類對銀河系粒子加速的傳統認知,開啟了“超高能伽馬天文學”的時代。

          除了這些天體物理的發現,LHAASO在其他領域也能大顯身手?!氨热缥覀兣c氣象學家合作,探索雷電和宇宙線的關系。再比如,宇宙線在到達地球的時候會受到太陽拋射的影響,我們也可以嘗試利用宇宙線數據進行空間天氣預報。還有,LHAASO建在青藏高原上,還要開展氣溶膠測量,結合這一特殊的地理位置,我們聯合氣象研究單位,為生態和環境研究開辟了一個新的場所?!辈苷橥嘎?。

          LHAASO是我國第三代高山宇宙線實驗站,從學生到首席科學家,曹臻親身經歷了中國科學家在這一領域從跟隨、并跑到主導的過程。曹臻說:“近些年國家越來越重視基礎研究,我們有信心在這一領域保持國際領先優勢。在LHAASO規劃時,我們就已經留出了升級改造的空間,而我們也在探索新一代宇宙線探測設備——現在我們要捕捉的是光子,未來要捕捉中微子,最終圓滿地解決宇宙線起源這個世紀謎題?!?/p>

          《光明日報》( 2021年12月23日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器11】量子計算機“九章”

          【曬曬咱的國之重器11】

          光明日報記者 常河

          2020年12月4日,中國科學技術大學宣布該校潘建偉院士團隊成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。同日,國際學術期刊《科學》發表了該成果,這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”,審稿人如此評價。

          有多重大?答案是:這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

          所謂“量子優越性”,即對于特定任務,量子計算機可以解決,而現存的任何經典計算機運用任何已知算法,都不能在一個可接受的時間內完成。

          有多“優越”?“九章”對于處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機“富岳”快100萬億倍,也就是說,當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時,“九章”需200秒,而截至2020年,世界最快的超級計算機“富岳”需6億年。同時,“九章”克服了谷歌超導量子比特計算機“懸鈴木”的一個漏洞。

          “在費曼提出量子計算的概念近40年后,‘九章’在實驗上嚴格地證明了量子計算的加速能力,把夢想變成了現實?!迸私▊F隊成員、中國科學技術大學教授陸朝陽說,和原子、離子、超導電路等類型的量子計算機相比,光量子計算可在室溫下、空氣中運行,能克服量子噪聲極限,結構亦相對比較簡單?!啊耪隆沟梦覈谝淮芜M入國際量子計算第一方陣?!?/p>

          “九章”啥樣?在安徽合肥微尺度物質科學國家研究中心,兩個通過光纖連接起來的長3米寬1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光學元器件,就是“九章”?!耙粋€用來產生光源,另一個進行干涉,把光信號變成電信號后引到隔壁的探測器進行分析?!标懗柕膶W生、“九章”論文第一作者、95后博士生鐘翰森介紹。

          值得一提的是,研制出“九章”的團隊,除了潘建偉、陸朝陽幾位導師外,主力都是像鐘翰森這樣的年輕人!

          更值得驕傲的是,“九章”構建后不到一年,2021年10月,“九章”的升級版“九章二號”成功構建,再次刷新國際光量子操縱的技術水平,其處理特定問題比目前全球最快的超級計算機快億億億倍。

          加上2021年10月中國科大發布的超導量子計算機“祖沖之二號”,這一系列令人矚目的成果,標志著我國已成為世界上唯一一個在超導和光量子兩個“賽道”上達到“量子優越性”里程碑的國家。

          “證明‘量子優越性’,可以說是量子計算機研制征程上的一個里程碑?!耪露枴汀鏇_之二號’的誕生,像一對雙子星,照亮了量子應用更廣闊的前程?!迸私▊フf。

          《光明日報》( 2021年12月18日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器10】基因編輯的精準“剪刀”

          【曬曬咱的國之重器10】?

          光明日報記者 齊芳

          在中國科學院干細胞與再生醫學創新研究院一樓科普平臺里,展示著幾項最新研究成果。在干細胞藥物、再生醫學、解密衰老等項目中,幾個小試劑盒顯得有些單薄,卻有重要的價值和意義?!斑@是一種能夠快速檢測新冠病毒的試劑盒,與傳統的檢測方法相比,它不需依賴復雜的儀器設備,更便捷、更簡單、更快速。大家都做過核酸檢測,專門的采樣人員給被檢測者采集拭子,然后由專業檢測人員使用專用設備進行檢測?!笨破掌脚_負責人李天達副研究員說,“這種新試劑盒不需要依賴專用檢測設備,能夠大大提高檢測速度。這種試劑未來有望做成驗孕棒樣的檢測試紙,實現家用及時檢測?!?/p>

          這種試劑是在新型基因編輯工具“CRISPR-Cas12b”基礎上研發成功的。CRISPR-Cas12b是該院李偉研究員領導的科研團隊自主研發的,是我國擁有CRISPR系統發明專利的基因編輯工具。

          基因編輯技術是生命科學的底層技術,它仿佛一把有魔力的“剪刀”,不僅能“剪切”基因,還能用于“修補”基因。它的發現,推進了人類對生命的認知,也極大地改變了生命科學的研究形態和生命科技產業的發展。

          2020年諾貝爾化學獎授予了發現基因編輯技術的兩位科學家,發達國家在競相布局基因編輯技術的相關專利和產業?!盎蚓庉嫾夹g在生命科學和技術領域顯示出強大的生命力,在新藥物的研發、遺傳疾病的治療等方面具有非常吸引人的應用前景?!崩顐ソ忉?,“產業發展與核心專利技術緊密相關,如果一個國家沒有自己自主知識產權的基因編輯技術,相關產業的發展就會受到鉗制?!?/p>

          我們可以繼續延用“剪刀”來解釋為什么需要自己的基因編輯技術——每個家庭都不止有一把剪刀,在家庭工具箱里,有針對各種不同情況的剪刀,也需要更換更好用的剪刀?!案鲊茖W家都在積極研發自己的‘基因剪刀’,并不斷更新換代,美國已經給CRISPR-Cas9授予了專利?!崩顐ソ榻B,“與其他基因編輯工具相比,CRISPR-Cas12b更精準,也更容易在生命體中遞送基因治療藥物。同時,它具有更寬廣的活性溫度和酸堿范圍,這意味著CRISPR-Cas12b更加穩定、易于儲存,也更適合體外檢測——正是基于這一優勢,我們開發出了那款檢測新冠病毒的新試劑?!?/p>

          如今,這項新技術正用于多項生命科學的基礎研究和多款基因藥物的研發,而李偉也在帶領團隊努力開發更多的基因“剪刀”?!吧茖W基礎研究進展與應用的距離非常近,很多情況下,我們既要進行基礎研究,也要深入產業開發?!崩顐ッ刻斓墓ぷ髋诺脻M滿的——結束采訪,他馬上就要開研究組會,他說,“生命科學的進展與生命息息相關,面向人民生命健康,科技工作者責無旁貸?!?/p>

          《光明日報》( 2021年12月12日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器9】探求未來理想的清潔能源:東方超環

          【曬曬咱的國之重器9】?

          光明日報記者 常河

          面對即將來臨的能源危機,我們擁有一個共同的夢想,那就是尋求一種無限而清潔的能源,從而實現人類的永續發展。如果說“夸父追日”是古人戰勝自然的美好愿望,那么東方超環則代表了今人把夢想變為現實的努力。

          在安徽省合肥市西郊科學島,有一個形似鍋爐的龐然大物,它高11米、直徑8米、重400噸,由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統等六大部件組成。這些部件我們雖然不太懂,但組成的龐然大物可不簡單,它是一個享有國際聲譽的巨大科學裝置,即由我國自行設計、研制的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置——東方超環(EAST)。它的建成,標志著在穩態運行的物理和工程方面,我國開始引領磁約束聚變研究的國際前沿,成為首個掌握新一代先進全超導托卡馬克技術的國家。

          2021年5月28日凌晨,東方超環所在的控制大廳里傳來捷報:正在開展的第16輪物理實驗,實現了可重復的1.2億度101秒等離子體運行和1.6億度20秒等離子體運行,創造了東方超環運行的新世界紀錄!

          是不是感覺過于專業聽不懂?沒關系,先聽聽專家怎么說……

          “這是東方超環的第98958次放電,取得了上億攝氏度百秒量級的成果,標志著我國在穩態磁約束領域的研究處于國際領先水平——更重要的是,這一系列創新研究成果和技術積累,為我國建造自己的東方超環提供了堅實的科學和工程基礎?!苯輬髠鱽砟且豢?,中國科學院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤激動極了。

          在第98958次放電的背后,是中國人孜孜以求的聚變能源夢。

          時光回溯到15年前:2006年9月,我國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、建造的新一代熱核聚變裝置——東方超環,首次成功完成放電實驗,獲得電流為200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電,一舉成為世界上首個也是唯一建成并真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。

          目前,東方超環已經成為國際上相關研究的重要實驗平臺,其成果將為未來國際熱核聚變實驗堆(ITER)實現穩態高約束放電提供科學和工程上的支持。

          為什么全世界相關領域的研究人員都對東方超環這個龐然大物如此感興趣?“核聚變能具有資源豐富、無碳排放和清潔安全等突出優點,是人類未來理想的清潔能源之一,可為實現碳中和作出重要貢獻?!彼卧茲寡?,中國磁約束核聚變研究科研工作者的夢想就是在有生之年,讓世界第一個核聚變反應堆率先在中國發電,因此“第一盞由被核聚變能點亮的燈泡一定要在中國”。

          《光明日報》( 2021年12月06日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器8】中國空間站:“太空,我們來了!”

          曬曬咱的國之重器8】

          光明日報記者張蕾

          10年前,有人在網上發帖問:“國際空間站何時輪到中國人上去?”下面一條回復霸氣十足:“中國人要上就上自己的空間站!”

          如今,這個夢想實現了。2021年4月29日,隨著“天和”核心艙發射,中國空間站正式進入組建階段。按照計劃,2021年至2022年,我國會通過11次航天發射完成空間站建設,包括4次貨運飛船、4次載人飛船發射,以及“問天”和“夢天”兩個實驗艙發射。

          中國空間站的基本構型為“天和”核心艙、“問天”和“夢天”兩個實驗艙,每個艙段規模20噸級,整體呈T字構型……說到這兒,也許你會產生疑問:科幻電影里的宇宙飛船看起來奇形怪狀,為啥中國空間站要設計成T字構型呢?“我國的空間站采用運載火箭發射各艙段入軌、上天后交會對接的建設方式,整體構型仍然要在‘以節點艙為球心的輻射狀’構型上做文章。因此,我們沒有走蘇聯‘和平號’空間站的老路,而是設計成獨特的T字構型?!敝袊d人航天工程空間站系統總指揮王翔這樣解釋。

          與國際空間站相比,中國空間站雖然起步晚,但起點高,具有中國特色。在中國航天科技集團五院空間站系統主任設計師張昊眼中,中國空間站夠用、好用而且安全,載荷支持效率高,可提供多種標準接口,有望取得可觀的工程應用效益?!坝绕涫桥鋫淞舜笮筛鶛C械臂,均有7個自由度,可獨立和組合使用,最大作業半徑達15米,具有負載25噸的抓取能力和厘米級的高精度操作能力,在航天員的協同下可完成艙外載荷的安裝、更換等復雜操作,還能把航天員送到想去的地方,完全達到世界第三代空間機械臂的水平?!?/p>

          當然,中國空間站的亮點遠不止于此。就拿循環利用來說,為了減少天地往返運輸成本,核心艙采用物化再生式生命保障系統,航天員出汗和呼吸產生的水蒸氣可以冷凝水的方式回收,排泄的尿液也會回收凈化,重新作為生活用水使用……

          在太空開展科學實驗是中國空間站的主要使命。據悉,神舟十三號任務將進行航天醫學、微重力物理等科學技術試驗與應用,有望獲得大量科研數據,產出高水平的科學成果;此外,航天員還會給青少年帶來精彩的天地授課內容,成為鼓勵學子們熱愛航天、參與探索、追求科學的實踐平臺。

          后續,我國將擇機發射大口徑、大視場的空間天文望遠鏡“巡天”——其視場角是美國哈勃空間望遠鏡的300倍,如果在軌運行10年,可以對40%以上的天區進行觀測。很多國際科學家對此非常感興趣,而我國也一直在努力推進“巡天”的開放使用。

          值得一提的是,中國空間站的建成還將為開展包括航天員聯合飛行在內的更廣泛國際合作提供精彩舞臺。目前,已經有不少國家和地區提出了這方面意愿?!跋嘈旁谥袊臻g站完成建造、進入運營與應用階段后,大家會看到其他國家的航天員參與中國空間站的飛行和科研任務?!敝袊d人航天工程辦公室副主任林西強表示。

          顯然,中國空間站的時代已經來臨……

          《光明日報》( 2021年12月02日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器7】極低溫區基準級測溫裝置

          【曬曬咱的國之重器7】

          光明日報記者 齊芳

          什么是極低溫?

          通常指-248.5939℃以下。

          極低溫有什么用?

          深空探測、可控核聚變裝置等50%以上的大科學裝置的核心部件都需要在穩定的極低溫環境中運行。

          如何測量極低溫?

          靠一種標準溫度計來測量,而這種溫度計國內還不到10支——它們已經“服役”近半個世紀了。是的,你沒看錯,只有不到10支。

          而更嚴重的是,長期以來,我國在極低溫區只有標準,基準建設并不完整?;鶞?,是全球治理體系和經貿合作發展的重要技術基礎;溫度基準,是現代工業和科學研究最底層的地基之一,能否測定溫度基準是國家科技水平和綜合國力的象征之一。在極低溫區沒有基準,就意味著我們無法判斷這些標準溫度計在這一溫區是否準確,要送到有能力測定基準溫度的國家進行校準。

          對我們這樣一個大國來說,主動權掌握在別人手中,是一件危險的事。

          如今,這種情況得到了改變。中國科學院理化技術研究所正高級工程師高波帶領的國際研究團隊,原創性地提出了“定壓氣體折射率基準測溫原理”,并在2020年建成了極低溫區基準級測溫裝置。高波的眼睛里閃爍著光彩:“在-268.15℃~-248.65℃溫區,我國建成的首套基準級測溫裝置,準確度和測量速度均為世界第一?!?/p>

          現代工業和科學技術體系之所以可以成為“世界語言”,一個很重要的原因是計量標準的統一。在人類社會發展相當長的時期內,計量單位多是基于看得見、摸得著的實物來定義。高波說:“實物再如何精心保存,時間長了也會出現變化,細微的元素差異,都會給準確度帶來差別。隨著科技的發展,大家對計量的精確度要求越來越高,這種用實物定義單位的方法在長期穩定性和全球通用性方面的缺陷就逐漸凸顯?!?/p>

          于是,科學家們將目光投向了穩定的自然常數——從2019年5月20日起,國際單位制發生變革,基本單位改由自然常數定義?!皽囟纫彩侨绱??!备卟ń忉?,“誰能更快、更準地基于自然常數建立基準級測溫裝置,誰在未來就擁有更多的話語權?!?/p>

          這是一次難得的歷史機遇。

          極低溫區基準級測溫裝置不僅填補了我國在溫度計量領域的空白,實現了這一溫區量值溯源的自主可控,更實現了“零”的突破——我國科研人員首次參與到極低溫區國際溫標賦值的工作中,目前,這種中國原創的方法已被國際溫度咨詢委員會收錄,獲得了國際官方認可;這套裝置,也成了極低溫區測溫裝置的世界級“標桿”。?換句話說,我們可以將它測得的溫度稱為“中國溫度”。

          掌握溫度溯源的頭部技術,不僅對我國科技發展、工業發展具有重大意義,“中國溫度”的作用也將在國際范圍的科研項目和工業領域逐步顯現。

          幾年來,高波幾乎全年無休地高強度工作?!拔覀兊哪繕耸恰^續向下’。當然,越接近絕對零度,工作越難?!备卟燥@單薄的身體中,似乎蘊藏著巨大的能量:“但我有信心!我們處在創新的時代,我們能做出更好的工作!”

          《光明日報》( 2021年11月29日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器6】超級顯微鏡:中國散裂中子源

          曬曬咱的國之重器6】?

          光明日報記者?楊舒

          如果將組成物質的原子比作一張大網,我們對這張網一下子拋出許多“彈珠”,有的“彈珠”會穿過大網,有的則會和網中的點、線發生碰撞,飛向不同方向。

          聰明的科學家們記錄下所有“彈珠”的軌跡,通過計算,就能倒推出網的結構,看清這些原子組成的分子。這個能發射中子“彈珠”的“超級顯微鏡”,就叫散裂中子源。

          2018年8月,由國家發改委立項支持、中國科學院與廣東省共同建設的中國散裂中子源正式“開門迎客”。繼英、美、日之后,中國成為世界上第四個擁有這一大科學“神器”的國家。咱們的科學家再也無須舟車勞頓、爭分奪秒,跑到國外排隊申請做實驗了。

          中學物理課本上講過,所有物質都由分子和原子組成,而原子內部有原子核,核中又包含了中子。中子這個小東西不帶電,穿透力也強,如果將一束足夠多的中子射向一種材料,就能在不傷害其實體的前提下,“探測”到材料的微觀結構和內部運動規律,可謂最強科研透視眼。

          正因如此,大量制造中子的“工廠”——散裂中子源應運而生。別看中子小到難以想象,散裂中子源卻是個由各種高、精、尖設備組成的龐然大物,考驗的是綜合國力。

          要知道,它深藏在東莞大朗鎮13米到18米的地下,歷時6年半建成的一期工程,占地足有40個足球場大,光安裝加速器的隧道就有600多米長。

          這么大投入,值得嗎?

          當然值得!中國散裂中子源工程總指揮陳和生院士介紹,作為科學家夢寐以求的研究平臺,散裂中子源擔當的是粵港澳大灣區綜合性國家科學中心的核心裝置重托,用途廣著呢。材料學、新能源、醫療制藥、關鍵電子器件的突破全都用得著它——

          給航空發動機和高鐵輪軌的部件做“體檢”,檢測它們的安全性;模擬深海環境,摸清可燃冰在壓力釋放過程中的內部變化,幫忙找到合適的開采條件;觀察離子電池充放電幾百次后的變化,以研發出容量更大、充電更快、更安全的電池……

          開放3年來,這個“大家伙”已服務中外科學家團隊完成課題超過600項。2020年,依托這里,香港大學研發的超級鋼驚艷世界,我國首臺自主研發的加速器硼中子俘獲治療實驗裝置也“孵化”成功,將為癌癥治療帶來技術性革新。

          就在上個月,又一個捕捉中子軌跡的利器——多物理譜儀在這里向全球開放。

          中國散裂中子源將給世界更多驚喜。

          《光明日報》( 2021年11月25日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器5】探秘地球“第四極”:全海深載人潛水器“奮斗者”號

          【曬曬咱的國之重器5】

          光明日報記者 袁于飛

          2021年10月21日,國家“十三五”科技創新成就展在北京展覽館開門迎客。很多人看到,展館正門外左側有三個引人注目的“大家伙”:“蛟龍”號、“深海勇士”號、“奮斗者”號,正是它們仨,見證了中國的深潛科技實力從跟跑,到并跑,再到如今領跑世界的時代跨越!

          領跑世界的跨越發生在2020年11月10日。那一天,北京時間凌晨4點50分左右,在位于太平洋馬里亞納海溝區域的海面上,中國第一艘萬米級載人潛水器“奮斗者”號,被從母船吊入深藍色的大海,開始沖擊萬米海深。

          馬里亞納海溝,被稱為地球“第四極”,有史以來,只有三次人類“探底”的紀錄。1962年,美國曾有兩人乘坐“的里亞斯特”號潛水器下潛此地;2012年,拍攝過《泰坦尼克號》的導演卡梅隆駕單人潛艇“深海挑戰者”號,探底深淵。2019年,美國探險家維斯科沃等兩人乘“深潛限制因子”號也曾到達海溝深處。不過,他們多是探險型的,一人或兩人下潛,短暫停留便需緊急上浮。

          而“奮斗者”號是工作型、科考型的,可以搭載三人潛入萬米海底,能夠自主巡航,進行生物礦物和地理物理等科學考察,空間大、時間長、乘員多,難度遠超類似深潛器。

          那一天,“奮斗者”號如蛟龍入海,一路下潛:1000m、3000m、5000m、7000m……顯示深度的大屏幕上,“當前深度”一長再長。

          一萬米!“嘩——”聚集在大屏幕前的海試隊員們,爆發出熱烈的掌聲。

          隨后,深度數字繼續跳動:10001、10003、10100,直到10909,“奮斗者”號成功抵達海底,再次創造中國載人深潛紀錄。

          “我們現在三個人的狀態良好,正在開展機械手功能測試,這里的景象妙不可言……”這是來自“奮斗者”號三位深潛員的回話,這是來自萬米深淵的中國人的聲音!

          這的確是一次載入史冊的中國海試。不僅“奮斗者”號深潛成功,而且在全球首次實現了萬米洋底4K電視信號直播。美國、法國、日本、俄羅斯等都沒做到的,我們中國人做到了!

          海洋深處充滿著神秘色彩,人類目前對深海的研究和認知,比對月球和火星的了解還要少。根據國際規則,海洋1000米深度以下叫深海,6000米深度以下叫深淵。在海洋里每下潛10米,便會增加1個大氣壓;如果深入海底10000米,那就是1000個大氣壓,相當于在指甲蓋大小的地方,壓上一部重型卡車。

          也正因此,探秘深海和深淵,是一項難度極高的科考活動,涉及設計、材料、密封、工藝、通信、安全、集成、試驗等一系列技術,每一項都是極限技術,并且必須高度安全可靠。

          逐夢深藍,一直是中國科研人員的夢想。2016年,科技部啟動“全海深載人潛水器”總體設計、集成與海試項目,中國科研人員準備向大洋深處進發。

          這是一次勇敢的進發,更是一次震天動地的抵達。人們忘不了成功的那一刻,科學家們眼中的熱淚?!皧^斗者”號總設計師、海試總指揮葉聰感慨萬千:“我覺得不能用這五年來講中國深潛的故事,應該用二十年甚至更長一些。我國從沒有深海裝備到有深海裝備,從無人到有人,從簡單到復雜作業,這是老一輩科學家用肩膀托起來的。我們要牢記傳統又要開拓創新,所以‘奮斗者’號到達之處遠遠不是終點,應該說,我們剛剛打開了海洋的一道門縫……”

          《光明日報》( 2021年11月18日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器4】“固若金湯”的核電站:全球首座高溫氣冷堆核電站示范工程

          【曬曬咱的國之重器4】

          光明日報記者 詹媛

          如果地球上能源不足了,還有其他發電方案,來支撐人類的海量用電需求嗎?

          這個問題,科學家早已想過——清潔、高效的核能,便是解決方案之一。

          但是,蘇聯切爾諾貝利核災難、日本福島核泄漏等核事故,讓人難免談“核”色變。

          有沒有更安全的核電站?

          有!我國國家科技重大專項——高溫氣冷堆核電站示范工程。位于山東,石島灣。

          它最大的特征就是固有安全。這是1956年美國科學家泰勒提出的理念:要使公眾接受核能,反應堆安全必須是“固有的”,也就是說在嚴重事故條件下,不用人為和機器干預,核電站的核心——反應堆堆芯不會熔毀,放射性物質不會大量外泄,進而不會發生嚴重的核事故。

          這個構想在中國變成了現實。

          2021年9月12日,高溫氣冷堆核電站示范工程1號反應堆成功實現首次臨界。這就相當于發動機點火,是反應堆帶核功率運行的起點。預計在2021年年底,它將首次并網發電。

          等它開始發電,有多少家庭能用上呢?每年發電量14億度,可以為200萬居民提供生活用電。不僅如此,預計它每年還可減少二氧化碳排放量90萬噸。為生態中國貢獻“綠色力量”,它同樣很給力!

          這樣“固若金湯”的核電站,其他國家有嗎?答案是,全球僅此一座。

          “中國是世界上首個實際建成這類核電站的國家?!彼目傇O計師——清華大學核能與新能源技術研究院院長張作義說,它在全球先進核能技術研發競爭中“殺出重圍”。

          高溫氣冷堆核電站示范工程還有一個最令中國人自豪的特點——關鍵核心技術完全屬于中國。由清華大學與中核集團、華能集團建成的這座核電站,國產化率高達93.4%,形成的約5萬張圖紙、10萬頁文件,15000多件技術含量高、安全設計要求也高的核島設備等,我國都具有完全自主知識產權。

          今天,這個超級工程矗立在石島灣。但誰能想到,60余年前,科研條件艱苦,生活設施落后,清華大學核研院原副總工程師薛大知回憶,當時建實驗設施,科研人員不但要研究設計,還要自己施工,搞水泥灌漿,“有時幾天幾夜不能好好睡覺,腳泡在水泥漿里。工地臨時固定支撐的模板上還有釘子,弄不好就會被扎到”。

          經過60多年的發展,中國建成了全球第一座“固有安全”的核電站,并且形成完整的產業體系。

          就在11月11日,這一世界首座高溫氣冷堆核電站示范工程再傳喜訊:2號反應堆首次臨界,這標志著示范工程順利完成雙堆臨界。

          如今,中國毫無疑問是全球高溫氣冷堆的領跑者,在未來很長一段時間,還將繼續引領世界。

          《光明日報》( 2021年11月15日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器3】帶著月球“土特產”回家:嫦娥五號

          曬曬咱的國之重器3】?

          光明日報記者?張蕾

          2020年11月24日,萬千國人仰望夜空,看她拖著長長的尾焰越飛越高,在歡呼聲中劃過天際;23天后的12月17日凌晨,萬眾企盼中,她如流星般璀璨,點亮夜空,緩緩降落,穩穩地投入“家”的懷抱。

          嫦娥五號回來啦!

          作為嫦娥家族的“五妹”,嫦娥五號成為首個能“回家”的探測器——而且,她不僅平安回來,還帶回2千克珍貴的月球“土特產”。它們是嫦娥五號在月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區獲得的樣品,那里存在大約13億至20億年前的玄武巖,具有重要的科研價值。

          這是一次意義非凡的太空之旅——此前,還從未有人類探測器造訪過那里,這也讓中國成為繼美國和蘇聯之后,第三個從月球取回樣本的國家。

          月球不發光,是人類的夢想“照亮”了它。

          2004年中國正式開展月球探測工程,并命名為“嫦娥工程”。從“大姐”嫦娥一號到“五妹”嫦娥五號,從“繞”到“落”再到“回”,中國的探月之旅走了16年。而此次“回”的完成,并沒有為故事畫上句號——未來,一系列航天任務,包括對火星、小行星的采樣返回以及載人登月,都將用上源自嫦娥五號這次任務的技術。

          從更長遠的視角來看,我國的月球探測分為“探、登、駐”三步走,即無人探測、載人登月、短期駐扎(建立月球基地)?!袄@、落、回”三小步中最后一步的完成,標志著“探、登、駐”三大步的第一階段完美收官。

          作為富饒的“礦場”和理想的“太空補給站”,月球近年來成為深空探測的熱土。根據各國發布的計劃,2030年前,不少國家都希望將航天員送上月球,并謀劃建設永久科研基地?!霸虑蚴侨祟惖?,但誰開發誰利用。我們今天不去,以后可能想去都難?!辨隙鹣盗性虑蛱綔y器研制團隊的主心骨、中國航天科技集團五院技術顧問葉培建院士的聲音堅定有力。

          600年前,我們曾錯過走向海洋;今天,我們不會再錯過太空了。后續,我國將陸續實施嫦娥六號、七號、八號等任務,同時還將規劃建設國際月球科研站。所以,“嫦娥姐妹”會飛得更高、更遠——因為,我們的目標是璀璨星空!

          《光明日報》( 2021年11月10日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器2】星際探測的火種:首輛火星車祝融號

          【曬曬咱的國之重器2】?

          光明日報記者?崔興毅

          火星迎來了中國訪客!

          2021年5月22日,第一輛從中國始發的火星車祝融號安全到達火星表面,開始巡視探測。

          星際探測從來不是一件容易的事情。從1960年蘇聯第一個發射火星探測器至今,人類已向火星發射了數十個無人探測器,但成功著陸者寥寥。

          是因為火箭運輸跟不上嗎?不是!是因為火星表面的環境太惡劣:大氣稀薄,晝夜溫差極大,白天溫度可達27℃以上,夜間溫度能到零下133℃,不可預估的沙塵天氣更是成了阻礙火星車生存及完成巡視探測的主要困難。蘇聯“火星3號”著陸后毀于火星的沙塵暴;美國“機遇號”因為太陽能電池被沙塵覆蓋而嚴重受損。

          現在,祝融號的一項重要任務,就是研究火星天氣??茖W家們因此將巡視器的著陸區選在火星北部的烏托邦平原,這里,沙塵暴頻發!

          奔著沙塵暴去?這能行嗎?

          “咱技術硬,不怕!”我國首輛火星車總體主任設計師陳百超說,祝融號使用四片蝴蝶狀砷化鎵構成的太陽能面板,面板表面有一層特殊的防塵涂層,可以提高抗灰塵能力。如果灰塵積累到一定程度,還可以通過太陽能翅膀的輕微振動抖落灰塵。

          除了沙塵暴,火星表面也不是一片坦途。

          遍布的尖銳砂石會輕易破壞火星車的動力系統。美國“勇氣號”陷入沙坑,導致輪子出現故障,無法轉動,一直被困到任務結束。

          怎么辦?“它的機身被設計成了可升降的主動懸架結構,能夠自由轉向,六個輪子均獨立驅動?!标惏俪f,在極端地形中,祝融號還能重新設計輪子驅動方案,實現“蠕動”“蟹行”和“踮腳”等復雜操作,就像一輛六驅越野車。

          祝融號火星車設計壽命是90個火星日。截至8月15日,它已完成既定探測任務,共獲取約10GB原始科學數據。

          這里面都有啥?

          自帶的多光譜相機,拍攝了一幅幅地形、地貌和地質照片,并定期傳送回地球。6月1日的自拍,記錄了祝融號后退移動和原地轉彎的過程,這是人類歷史上第一次拍攝到火星車在火星表面的移動影像!

          而且,你知道嗎?火星沒有覆蓋全球的穩定磁場,但表面卻存在支離破碎的偶極磁場,暗含著火星歷史演化的痕跡。這時,祝融號上搭載的氣象測量儀、表面成分探測儀、雷達和磁場探測儀等科學儀器就發揮作用了。

          目前,“超期服役”的祝融號狀態良好,仍在向烏托邦平原以南的古海陸交界地帶行駛,實施拓展任務。正如它的名字“祝融”,以中國星際探測的火種,指引航天人不斷超越自我,逐夢星辰。

          《光明日報》( 2021年11月08日?01版)

      • 【曬曬咱的國之重器1】鋼鐵穿山甲:國產最大直徑盾構機“京華號”

          【曬曬咱的國之重器1】

        開欄的話

          上可在九天星河修建“天宮”,下可在萬米深海潛行探寶,中國站、中國船、中國車、中國星……過去的五年,你的朋友圈是不是常常被這一個又一個科技自立自強的好消息刷屏?

          習近平總書記說,關鍵核心技術是國之重器。這一個個重大科技創新成果,猶如一串串音符,奏出中國加速邁向世界科技強國的激昂交響。

          對這些國之重器,你是否了然于胸?那每一個讓人心潮澎湃的瞬間,你還印象深刻嗎?你又是否想知道,科技創新,正在怎樣改變我們的生活?從今天起,光明日報推出《曬曬咱的國之重器》專欄,好好說說這些讓咱國人揚眉吐氣的“大家伙”,讓你真真切切地感受一下,國之重器,為什么強,為什么“重”。敬請關注。

          光明日報記者 楊舒

          挖一條隧道,有多難?

          “鋼釬加大錘、打眼又放炮”,在40年前的中國,那可是成百上千人力接續、花費數年的巨大工程。然而,有了盾構機,只消一天,就能鑿穿一座小山。

          今年7月,北京東六環改造工程地下現場,我國迄今研制的最大直徑盾構機“京華號”開始“開疆拓土”?!把鼑敝睆匠^5層樓、身長相當于7節地鐵車廂、體重高達4300噸,這個由10萬個精密部件組成的“大塊頭”,號稱“工程機械之王”。它猶如一條鋼鐵穿山甲,能在山間、水底和城市地下鉆出一條條隧道,既高效,又安全。

          盾構機怎么干活?

          說起來,它的工作原理類似于穿山甲挖洞。盾構機頂端,巨型刀盤上的刀具,單體最輕的,都有200斤,相當于穿山甲鋒利的前爪,挖土碎石不在話下;刀盤后粗壯的盾相當于穿山甲的軀干,用來支撐挖好的洞,以免塌方;后方的出土系統相當于穿山甲的后爪,用來把挖出的砂土泥漿送出洞外;最后端的管片則相當于穿山甲閉合的鱗片,用來加固洞穴。開挖、排土、出渣、支護、襯砌、封固,一氣呵成,隧道主體結構一次成型。

          但,誰能想到,西方已應用百年的這個“地下神器”,咱中國人卻長期看不到、摸不著。直到20世紀90年代末,為開鑿西康鐵路秦嶺隧道,我國才頭一次從歐洲買回了兩臺,這一下子竟花費了6億多元。

          “盾構機受制于人,嚴重影響我國基建效率?!敝需F工程裝備集團有限公司設計研究總院黨委書記李光這樣回憶,“盾構機,咱們自己造!”

          2002年列入國家重點項目,一窮二白、摸爬滾打,僅僅6年,首臺具有中國自主知識產權的復合式土壓平衡盾構機橫空出世。突破核心技術封鎖,此后10多年間,中國這個后來者,持續刷新著世界盾構領域的紀錄。

          2020年9月27日,“京華號”在長沙下線,一躍成為世界第三大開挖直徑盾構機,標志著我國超大直徑盾構成套技術躋身世界前列。

          更讓人意想不到的是,2012年,中國第一臺盾構機走出國門。法國、意大利……目前,僅中鐵工程裝備集團有限公司的盾構機產品就已覆蓋全球25個國家和地區,產銷量連續4年第一。

          從無到有,從買到賣,中國盾構機實現了歷史的轉身。

          《光明日報》( 2021年11月01日?01版)

      美女被鬼子强行糟蹋侮辱
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