光明日報記者?崔興毅
太陽也會“打噴嚏”,而且威力還不?。∽鳛殡x地球最近的恒星,太陽雖然看起來很平靜,但其實“動作”很多,黑子、耀斑、太陽風……當發(fā)生日冕物質(zhì)拋射時,太陽會噴出大量帶電粒子。
“強烈的太陽爆發(fā)會釋放出100億顆百萬噸級核彈的能量,一旦沖向地球,會造成嚴重影響?!敝袊茖W(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員閻敬業(yè)告訴記者,高鐵、電網(wǎng)、輸油管線等地面高技術(shù)系統(tǒng)可能會因為地磁擾動產(chǎn)生感應(yīng)電流而癱瘓甚至損毀,天上的衛(wèi)星也可能由于災(zāi)害性空間天氣受損。
影響如此之大,可以提前預(yù)警嗎?
當然!在四川省甘孜州稻城縣噶通鎮(zhèn)群山之間,我國建設(shè)了一個“觀天神器”——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡項目(DSRT),它是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施子午工程二期標志性設(shè)備之一,是全球規(guī)模最大、性能最強、可以實時成像的圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡。
它由313個直徑6米的拋物面天線組成,所有天線均勻分布在直徑1000米的圓環(huán)上,圓環(huán)中心100米高的定標塔為整個觀測鏈路提供定標基準,狀如一顆巨大的“千眼天珠”。
DSRT的核心任務(wù)就是實時監(jiān)測地球空間天氣事件的源頭——太陽。“這些拋物面天線就像向日葵一樣,時刻追隨著太陽的方向轉(zhuǎn)動?!遍惥礃I(yè)介紹,313面單元天線接收到的信號,經(jīng)過800米的長光纖傳輸回中央機房,再進行變頻、采集等后續(xù)處理,可以像巨大的“射電相機”一樣測量太陽的射電圖像和頻譜。
“通俗來說,就是盯著太陽看。結(jié)合其他監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù),可以計算出等離子體到達地球的時間,從而為衛(wèi)星、通信設(shè)施、電網(wǎng)等正常運行提供空間天氣預(yù)警,保障各種設(shè)備的運行安全?!敝袊茖W(xué)院國家空間科學(xué)中心稻城亞丁臺站執(zhí)行站長吳俊偉說。
要想看得清,選址很重要。這里海拔3830米,空氣稀薄,透明度高;緯度較低,可觀測到的天區(qū)范圍更大;群山環(huán)抱下,人類生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的電磁干擾也能被有效隔絕。
高海拔帶來了有利的觀測條件,但也大大增加了建設(shè)難度。僅從樣機研制到聯(lián)調(diào)聯(lián)試,科研團隊就排查和解決了數(shù)百項技術(shù)難題。
2021年12月,DSRT完成了一套16部天線的試驗系統(tǒng)搭建,成功獲取高質(zhì)量的太陽射電圖像和頻譜,驗證了總體方案。雖然試驗系統(tǒng)規(guī)模只有國際同頻段系統(tǒng)的1/3,但圖像質(zhì)量明顯更好。去年11月,團隊完成了313個天線的系統(tǒng)集成,DSRT正式進入聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段,太陽活動將被“盡收眼底”。
前不久,DSRT成功獲取了連續(xù)射電圖像序列,首次從連續(xù)射電圖像中實時識別出脈沖星閃爍。DSRT由此開啟了觀測脈沖星和快速射電暴的“副本”任務(wù)?!坝捎贒SRT獨有的大視場高質(zhì)量成像能力,我們也會在太陽落山后,配合射電天文學(xué)家開展夜天文觀測,充分發(fā)揮重大科技基礎(chǔ)設(shè)施平臺的效能。”閻敬業(yè)說。
觀天逐日,探秘星辰,這是屬于DSRT的硬核浪漫。
《光明日報》( 2023年05月10日?01版)
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【曬曬咱的國之重器37】?
光明日報記者 詹媛
你想不想“看透”地球,弄清楚哪里藏著石油、天然氣、金屬礦產(chǎn)?何處有巖層斷裂,易引發(fā)地震?
這可不容易。不過,有了我國自主研發(fā)的??罩亓x,就可以給地球做個“CT”,“透視”地下結(jié)構(gòu)了。
海空重力儀,專測重力。地球上的物體,都受重力作用,重力豎直向下,指向地心。在地球緯度、地層中礦藏變化等因素的影響下,不同位置的重力會有細微變化,這也是發(fā)現(xiàn)石油、天然氣、金屬礦產(chǎn)等的重要依據(jù)。
也就是說,利用海空重力儀測得的重力數(shù)據(jù),就可以分析地下有些什么——如果是金礦、銀礦這類密度大的物質(zhì),重力就偏大;如果是天然氣,那就是空腔,重力自然就小。
我國此前勘探開發(fā)大慶油田和勝利油田,重力數(shù)據(jù)貢獻可不小!不過,由于重力變化極細微,有時甚至不超過平均值的百萬分之一,對測量環(huán)境和儀器的精度要求非常高??墒?,以前的普通重力儀,只能在地表使用,到了飛機、輪船上,一晃一顛,就“暈”了,指不準地心,就測不準,沒法用。
那海底和高山峻嶺下的寶藏,就不找了嗎?這些地方的地球物理研究,就這么受限制了嗎?絕對不行,得想辦法,讓重力儀不“暈船、暈機”。
這種技術(shù)也有,可就是多年被國外壟斷。尤其是高精度的??罩亓x,以前全部依賴進口,且因技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運,進口數(shù)量非常少,無法滿足實際需求。
好在,我們有聰明的航天工程師!他們把火箭、航天器上的慣性姿態(tài)穩(wěn)定、位姿解算這些先進技術(shù),嫁接給重力儀,讓它有了穩(wěn)如泰山的座椅。
乘飛機、上輪船,再搖晃,它也不怕,從此能上天下海,給地球做“CT”。
這個海空重力儀,可是個“優(yōu)等生”。它由中國航天科工三院33所耗時10年打造,首次參加海洋船載重力測量,就一鳴驚人——實驗精度優(yōu)于1mGal。這說明,它能敏銳捕捉測量點上,地球重力百萬分之一的細微差別。
作為科技部重點研發(fā)計劃項目和國家重大科研儀器研制項目,近幾年它在山東、湖北、四川等地開展測量,不僅能在大風干擾、大起伏飛行這樣非常不穩(wěn)定的環(huán)境中精確測量重力,還實現(xiàn)了超長待機,連續(xù)通電工作211天無故障。在基礎(chǔ)重力圖測量、油氣礦產(chǎn)勘探、地球物理研究等領(lǐng)域發(fā)揮了很大作用。
航天工程師們說,下一步,他們還要升級這個??罩亓x,讓它精度更高、成本更低、更易攜帶,在神州大地發(fā)現(xiàn)更多寶藏。
《光明日報》( 2022年11月27日?01版)
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【曬曬咱的國之重器36】
光明日報記者 陳海波
帶給我們光和熱、讓萬物自由生長的太陽,也會有“發(fā)脾氣”的時候。
1989年3月13日,加拿大魁北克地區(qū)發(fā)生大規(guī)模停電——持續(xù)12個小時,數(shù)百萬人在寒冬中“瑟瑟發(fā)抖”。
停電事故的“罪魁禍首”,遠在1.5億公里之外——原來,太陽爆發(fā)一次大風暴,產(chǎn)生大量帶電的高能粒子并直沖地球,對地球電磁環(huán)境造成嚴重破壞,進而使魁北克地區(qū)的輸電線路嚴重過載,導(dǎo)致停電。
這場停電,更加堅定了科學(xué)家們的決心——摸清太陽的“脾氣”。因為,作為太陽系的中心,它對地球和人類的影響無處不在。
我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”,正擔負著這一使命。
2021年10月14日,這顆以中國神話中太陽女神羲和命名的探測衛(wèi)星,開始了逐日之旅。它運行于距地面517公里高度的太陽同步軌道,24小時連續(xù)“盯著”太陽。由此,我國正式步入“探日”時代。
10個月后,“羲和號”帶來了好消息——2022年8月30日,國家航天局宣布,“羲和號”在國際上首次成功實現(xiàn)空間太陽Hɑ(氫阿爾法)波段光譜的掃描成像。
Hɑ波段可不簡單?!八翘柣顒釉谔柕蛯哟髿庵许憫?yīng)最強的譜線,能夠直接反映太陽爆發(fā)的源區(qū)特征。對其開展探測,可大大提高我們對太陽爆發(fā)物理機制的認知?!眹腋叻直媛蕦Φ赜^測系統(tǒng)總設(shè)計師兼副總指揮、國家航天局對地觀測與數(shù)據(jù)中心主任趙堅解釋。
“羲和號”的主要工作就是探測Hɑ譜線,它搭載的太陽Hɑ成像光譜儀可對太陽掃描“拍照”。掃描一次全日面只需46秒,獲得300多張照片,分別對應(yīng)不同位置的太陽圖像,相當于給太陽低層大氣做CT掃描。分析掃描得到的精細的光譜數(shù)據(jù),可以了解太陽爆發(fā)時大氣溫度、速度等物理量的變化,進而建立太陽爆發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸?shù)耐暾锢砟P汀?/p>
作為一名“攝影師”,想拍得更清晰,相機必須拿得穩(wěn)。
要在相距1.5億公里的地方給太陽“拍照”,一次微小的振動,都會讓成像效果大打折扣。但是,這難不倒“羲和號”。
我們平時拍照或攝像時,為了防止抖動,會給相機或攝像機裝上穩(wěn)定器?!棒撕吞枴辈捎昧朔墙佑|式磁浮衛(wèi)星平臺,就像給相機裝上了穩(wěn)定器,任它“風吹雨打”,我自巋然不動!
不過,“羲和號”可有得忙了。
太陽活動存在周期性,大約11年一個周期,2021至2022年是人類有紀錄以來第25個太陽活動周期的開始。也就是說,又到了太陽“愛發(fā)脾氣”的時候。太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等太陽活動,不僅會顯著影響地球電磁環(huán)境,還可能干擾通信和導(dǎo)航、威脅航天員的健康,甚至毀壞航天器。
“羲和號”適逢其時,毫不懈怠。目前,它每天都在按計劃給太陽“拍照”,已觀測到近百個太陽爆發(fā)活動。相關(guān)研究正在進行,將助力我們更好地搞清楚太陽的“脾氣”,從而提出對策措施。
“我國作為航天大國,及時開展太陽探測活動,十分必要,不能缺席。”趙堅對“羲和號”充滿自信。
希望,太陽下次“發(fā)脾氣”時,人類應(yīng)對會更加從容。
《光明日報》( 2022年10月02日?01版)
【曬曬咱的國之重器35】?
光明日報記者 張亞雄
2022年7月24日,中國人的太空家園首次在有航天員在軌駐留的狀態(tài)下迎來航天器的到訪。
那天,中國空間站問天實驗艙“搭乘”長征五號B遙三運載火箭一飛沖天,準確進入預(yù)定軌道。隨后成功對接于天和核心艙組合體前向端口。
這可是一個發(fā)射重量達到23噸的“大家伙”?!斑@塊頭和分量,相當于北京地鐵13號線列車的一節(jié)車廂。”航天科技集團五院問天實驗艙總體系統(tǒng)主任設(shè)計師張嶠為它精準畫像。
的確,它是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動飛行器。包括工作艙、氣閘艙和資源艙三大艙段,總長17.9米,直徑4.2米。
可別看它塊頭大,這個“大家伙”可是一位集平臺功能與試驗載荷功能于一身的靈動的“全能型”選手。
論平臺功能,問天實驗艙與天和核心艙互為備份,關(guān)鍵平臺功能一致,可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。張嶠說:“這就好比天和核心艙‘想休息’了,問天實驗艙能立刻頂上,‘帶你一起飛’!”
論試驗載荷功能,問天實驗艙裝載了多個實驗機柜與艙外載荷適配器,把一個個大型科學(xué)實驗室搬到了太空。由于空間站能夠提供長期的微重力、輻射等特殊研究環(huán)境,科學(xué)家或?qū)l(fā)現(xiàn)在地球上被重力掩蓋的物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律。而且有“快遞小哥”天舟貨運飛船在天地間往返運輸,以后,中國人能在太空開展大規(guī)??臻g科學(xué)實驗了!
但太空中的科學(xué)實驗室可真不一般。作為中國空間站第二艙段的首個科學(xué)實驗艙,問天實驗艙內(nèi)有多個寬約1米、高1.8米、深0.8米的科學(xué)實驗柜,包括生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜、變重力科學(xué)實驗柜,還有科學(xué)手套箱、低溫存儲柜等。
每一個科學(xué)實驗柜就是一個綜合實驗室。“就相當于把地面上數(shù)十平方米實驗室的實驗設(shè)備高度集成到一個2立方米的實驗柜空間里。”載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師、中國科學(xué)院空間應(yīng)用中心集成技術(shù)中心主任王珂說。
“未來,問天實驗艙將以生命科學(xué)和生物技術(shù)研究為主,在空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力物理科學(xué)、空間材料科學(xué)、空間新技術(shù)與應(yīng)用試驗等領(lǐng)域開展研究,探索未知?!陛d人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師、中國科學(xué)院空間應(yīng)用中心研究員呂從民告訴記者。
問天實驗艙里還有一個“更衣間”,在外方內(nèi)圓、空間大且性能優(yōu)越的氣閘艙。有了它,航天員在作出艙準備和艙外返回時將更加從容、舒展。未來,這里將成為整個空間站系統(tǒng)的主要出艙通道。
與天和核心艙相似,問天實驗艙外也搭載了一個機械臂。這個機械臂小巧且精度高,方便進行精細操作,它還可以與核心艙大機械臂形成組合臂,開展更多艙外操作。
“屆時,組合臂能夠在空間站的天和、問天、夢天三艙組合體之間爬行,‘機甲戰(zhàn)士’控制的艙外范圍更大了?!睆垗嘎叮磥?0年,在空間站搭載的科學(xué)實驗載荷將通過機械臂精準投送到對應(yīng)的標準載荷接口位置,這樣,就實現(xiàn)了“即插即用,不再需要航天員出艙進行人工操作”。
“全能型”的問天實驗艙還有一個新使命——“太空新教室”,新的太空授課將在這里進行。
按照任務(wù)時間表,中國空間站的另一個20噸級的航天器——夢天實驗艙將在今年10月?lián)駲C發(fā)射。到那時,天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙將形成“T”字基本構(gòu)型,中國空間站在軌建造將最終完成。
更加令人期待的是,今年年底神舟十四號、十五號航天員乘組的首次“太空會師”。那一刻,屬于中國人的溫馨舒適、安全高效、前沿尖端的太空家園將帶給我們更多振奮與感動。
《光明日報》( 2022年09月01日?01版)
光明日報記者 崔興毅
現(xiàn)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(xiàn)充電自由的呢?要知道,那些飛行器的運轉(zhuǎn),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(fā)現(xiàn),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(fā)電站,經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)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(xù)工作一天的發(fā)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(fā)力?!敝袊娍铺栯姵仃噷<姨K彬介紹,根據(jù)每個飛行器的特質(zhì)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(shù);天舟系列貨運飛船應(yīng)用了第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術(shù);空間站核心艙則是我國首次應(yīng)用第三代柔性太陽電池陣技術(shù)?!?/p>
這三代電池陣產(chǎn)品各有特色,有的是性能較穩(wěn)定,有的是發(fā)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(tǒng)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(chǎn)品。2021年發(fā)射的天和核心艙就采用了這種太陽電池陣,這也是該技術(shù)在我國航天工程領(lǐng)域的首次應(yīng)用。
今年,隨著正在開啟的6次重大發(fā)射任務(wù),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。可“寸土寸金”的核心艙,如何實現(xiàn)“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(tǒng)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(shè)計成古代奏章那樣,在空間站發(fā)射階段,可以相互折疊收攏壓緊于收藏箱內(nèi),但光電轉(zhuǎn)換效率卻提高了近20%?!?/p>
面積體積壓縮了,發(fā)電量會不會降低?
“當然不會!”蘇彬表示,為確保空間站在軌壽命,中國電科研制團隊持續(xù)開展高壓柔性太陽電池陣發(fā)電試驗,在完成8萬余次高低溫循環(huán)試驗后,最終實現(xiàn)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率突破30%,達到世界先進水平。
“相比之前載人航天任務(wù)最長2年的設(shè)計壽命,現(xiàn)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(fā)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(fù)雜太空環(huán)境的危險——
每天在軌飛行的太陽電池陣都要經(jīng)受十幾次的高低溫循環(huán)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(shè)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(huán)境考核試驗。
現(xiàn)在,我們的巨能太空發(fā)電站,在平均光電轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電能力等方面都達到了國際領(lǐng)先水平,即使面對超低軌中復(fù)雜的供電環(huán)境,也能讓屬于中國的太空之家能量充沛、穩(wěn)如泰山!
《光明日報》( 2022年07月26日?01版)
光明日報記者 張亞雄
這里是北京雁棲湖畔的懷柔科學(xué)城。
群山環(huán)繞中,一個圓環(huán)狀的大科學(xué)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(xiàn)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(xué)中探索微觀世界物質(zhì)探針所具有的高能量。
據(jù)HEPS工程總指揮潘衛(wèi)民研究員介紹,從高空俯瞰,HEPS整體建筑形似一個放大鏡,設(shè)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(wèi)民說。
作為國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,HEPS由加速器、光束線站及配套設(shè)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(huán)形建筑,如同放大鏡的鏡框,里面安裝有儲存環(huán)加速器、光學(xué)元件、衍射儀等科學(xué)儀器。其中的儲存環(huán)里,分布著2400多塊磁鐵及各類高精尖設(shè)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(fā)出的電磁輻射,也叫作同步光。為了研究材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(wù)副總指揮董宇輝研究員說,作為研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平臺,HEPS能對物質(zhì)內(nèi)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。”
產(chǎn)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(chǎn)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(fā)生曲線運動,沿著彎轉(zhuǎn)軌道切線方向發(fā)射連續(xù)的電磁輻射。
“這就像下雨時,我們快速轉(zhuǎn)動雨傘,沿著雨傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠。”董宇輝說,與常規(guī)X射線相比,同步輻射光源產(chǎn)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(jù)加速器中電子的能量,可以分為低、中、高三種,各有側(cè)重。董宇輝介紹,HEPS側(cè)重于對微觀結(jié)構(gòu)及演變的多維度、實時、原位表征,可用于航空發(fā)動機單晶葉片等工程材料結(jié)構(gòu)的多維度表征和1微米量級蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)演變表征等。“作為探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探針,X射線的光源亮度是最為關(guān)鍵的指標——更高的亮度能將物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)‘看’得更清楚。因此,獲得更高亮度的X射線源一直是科學(xué)家孜孜以求的目標?!?/p>
多年來,我國持續(xù)發(fā)展同步輻射光源,有力支撐了國內(nèi)基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。但我國目前所擁有的同步輻射裝置均處于中、低能區(qū),能區(qū)地域分布、光譜亮度等還滿足不了經(jīng)濟發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求。建設(shè)更高亮度的第四代高能同步輻射光源,成為潘衛(wèi)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(shè)HEPS的必要性和可行性進行論證。此后經(jīng)過近十年攻關(guān),科研人員成功完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和樣機研制任務(wù),具備了建設(shè)先進高能同步輻射光源的能力。
2019年6月,HEPS開工啟動,建設(shè)周期6.5年,預(yù)計將于2025年12月底竣工。建成后,它將在材料科學(xué)、化學(xué)工程、能源環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等眾多領(lǐng)域大顯身手。
2021年6月28日,HEPS首套科研設(shè)備——電子槍(直線加速器端頭,即加速電子產(chǎn)生的源頭)安裝完成,標志著HEPS工程正式進入設(shè)備安裝階段。
目前,HEPS各建筑單體已陸續(xù)交付設(shè)備安裝。可以預(yù)見,3年后,全球“最亮”的光源將照亮微觀世界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)奧秘。
《光明日報》( 2022年07月13日?01版)
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(nóng)業(yè)科學(xué)家說:“能,而且長得更快!”
2021年10月,在國家“十三五”科技創(chuàng)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(yǎng)液里,在顆顆彩色LED節(jié)能燈的“撫觸”下,正奮力拔節(jié)。
在這里,稻子從插秧到收獲只需60天左右,比在常規(guī)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(shù)各有不同。在這座植物工廠里,科學(xué)家摸透了水稻的脾氣,只消精準模擬自然環(huán)境,把各項參數(shù)調(diào)節(jié)到最理想的狀態(tài),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(jié)果,稻子“早熟”也就夢想成真了。
科學(xué)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(huán)境。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團隊首席科學(xué)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(jié)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。“我們的很多試驗都失敗了,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(shù),終于讓發(fā)光二極管——LED以不同的光譜配方模擬陽光成為可能。
營養(yǎng)液代替泥土,無須擔心蟲害,不用噴灑農(nóng)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(zhì)怎樣呢?“實驗已證明,這樣種出來的水稻不僅周期短了,畝產(chǎn)有保證,品質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)是保障國家糧食安全的關(guān)鍵。”中國科學(xué)院院士錢前說,傳統(tǒng)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(xiàn)“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(jié)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(xiàn)每年6茬以上的“快速育種”,栽培層數(shù)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(shù)路徑”。
事實上,智能植物工廠一直是國際高技術(shù)競爭的重要領(lǐng)域,但直到21世紀初,中國科學(xué)家才正式加入這條科研賽道。
現(xiàn)在,我國已是植物工廠產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的國家,擁有規(guī)模以上植物工廠200多座,產(chǎn)品和技術(shù)裝備已走上國際舞臺,推廣到歐美、日本等發(fā)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(tǒng)農(nóng)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(nóng)作物生長的環(huán)境,植物工廠將大有可為——“它代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向!”
《光明日報》( 2022年07月07日?01版)
光明日報記者 張蕾
“東方紅,太陽升……”
提起“東方紅”衛(wèi)星,許多人都不陌生。
1970年4月24日,我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”成功發(fā)射,它不僅開創(chuàng)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(wèi)星研制能力實現(xiàn)從無到有、從弱到強的跨越式發(fā)展,“東方紅”衛(wèi)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(fā)射場,實踐二十號衛(wèi)星隨長征五號運載火箭發(fā)射升空。
2020年1月5日,衛(wèi)星成功定點于東經(jīng)105.5。,幾個月后在軌完成全部功能驗證和新技術(shù)試驗。
至此,我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代大型地球同步軌道衛(wèi)星公用平臺——“東方紅五號”(以下簡稱東五平臺)研制成功了!
衛(wèi)星公用平臺有啥過人之處?
“衛(wèi)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(xiàn)衛(wèi)星的應(yīng)用性能。”中國航天科技集團五院實踐二十號衛(wèi)星總設(shè)計師李峰這樣比喻。
如此一來,只需做少量適應(yīng)性修改,就可裝載不同的有效載荷,從而縮短了衛(wèi)星研制周期,節(jié)省了研制經(jīng)費,提高了衛(wèi)星可靠性。據(jù)介紹,目前,世界上許多國家都采取了衛(wèi)星公用平臺的設(shè)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(yīng)多種載荷及擴展需求,實踐二十號放棄了傳統(tǒng)的承力筒式結(jié)構(gòu),創(chuàng)新性地采用桁架結(jié)構(gòu)技術(shù),有效提升了平臺的承載能力和適應(yīng)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(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變!”
中國航天科技集團五院總工程師、實踐二十號衛(wèi)星總指揮、東方紅五號衛(wèi)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(wèi)星平臺型譜的空白,可滿足中國近20年內(nèi)高通量通信衛(wèi)星的需求。
能力超強,設(shè)計理念新,東五平臺的一身“絕技”讓它擁有廣闊的應(yīng)用前景——
可廣泛應(yīng)用于高軌通信、微波遙感、光學(xué)遙感、空間科學(xué)探測、科學(xué)試驗、在軌服務(wù)等,是世界航天領(lǐng)域少有的多適應(yīng)性平臺。
“在助力國民經(jīng)濟發(fā)展、給人民生活帶來更多便利的同時,東五平臺也能在技術(shù)推動、商業(yè)航天市場拓展等領(lǐng)域擁有更大作為?!敝袊教炜萍技瘓F五院實踐二十號衛(wèi)星產(chǎn)保經(jīng)理郝燕艷肯定地說。
《光明日報》( 2022年06月14日?01版)
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(shù)據(jù)監(jiān)測等多種系統(tǒng)。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(yè),收獲滿滿。
這是我國自主研發(fā)的“經(jīng)?!毕盗猩詈V悄芫W(wǎng)箱。作為國家級海洋牧場建設(shè)的排頭兵,山東省煙臺市正在規(guī)劃建設(shè)未來海洋牧場之城,深海智能網(wǎng)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(shù)十萬尾魚完全實現(xiàn)了自動化、智能化養(yǎng)殖。煙臺中集藍海洋科技有限公司總經(jīng)理郭福元說:“首批‘經(jīng)海系列’深水智能網(wǎng)箱里的許氏平鲉、花鱸已開始收獲,單體網(wǎng)箱年產(chǎn)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(jīng)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(tài)環(huán)境?
中國科學(xué)院海洋研究所研究員楊紅生告訴記者:“牧養(yǎng)互動是實現(xiàn)海洋農(nóng)牧化的重要途徑,從立體開發(fā)角度出發(fā),水面的深海智能網(wǎng)箱是實現(xiàn)工業(yè)化生態(tài)養(yǎng)殖和智能化監(jiān)測的重要載體,水下的海洋牧場是實現(xiàn)環(huán)境保護、資源養(yǎng)護和漁業(yè)持續(xù)產(chǎn)出三大功能的藍色糧倉。”
深海智能網(wǎng)箱設(shè)計和建造并不容易——網(wǎng)衣系統(tǒng)性能與強度設(shè)計、網(wǎng)箱大型桁架式結(jié)構(gòu)設(shè)計及防腐、坐底式網(wǎng)箱平臺非線性流—固—土耦合動力響應(yīng)分析、抗臺風分析及設(shè)計……處處都是難點。
我國科研人員潛心研究、自主攻關(guān)。正如“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院海洋研究所研究員張立斌所說:“在‘藍色糧倉科技創(chuàng)新’專項的支持下,我國海洋牧場實現(xiàn)了由以機械化、農(nóng)牧化和工程化為特征的1.0階段,向以生態(tài)化和信息化為特征的2.0階段的重大轉(zhuǎn)變?!?/p>
如今,153個國家級海洋牧場示范區(qū)順利獲批建設(shè),我國海洋生態(tài)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(fù)新技術(shù),完成了海洋牧場生境從局部修復(fù)到系統(tǒng)構(gòu)建的跨越;“因種而異”,突破了關(guān)鍵物種資源修復(fù)技術(shù),實現(xiàn)了生物資源從生產(chǎn)型修復(fù)到生態(tài)型修復(fù)的跨越;“因數(shù)而為”,突破了環(huán)境與生物資源遠程實時監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報技術(shù),實現(xiàn)了海洋牧場從單因子監(jiān)測評價到綜合預(yù)警預(yù)報的跨越。
從近淺海走向深遠海并不是終點,全域型生態(tài)牧場建設(shè)的3.0階段正在開啟——它將以數(shù)字化和體系化為特征,兼顧海水與淡水。楊紅生說:“從大農(nóng)業(yè)觀和大食物觀的角度出發(fā),在海洋里像在陸地上生產(chǎn)糧食一樣生產(chǎn)食物,實現(xiàn)耕海牧漁,是我們幾代人的夢想?!?/p>
現(xiàn)在,“十四五”國家重點研發(fā)計劃課題“海洋牧場智能管控與少人化精準協(xié)同作業(yè)應(yīng)用示范”正在進行中,科研人員將基于北斗精準導(dǎo)航與高分辨率遙感集成技術(shù),提升海洋牧場智能管控與少人化精準協(xié)同作業(yè)水平,構(gòu)建科學(xué)選址—規(guī)劃布局—生境修復(fù)—資源養(yǎng)護—安全保障—融合發(fā)展全產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈條,實現(xiàn)海洋牧場構(gòu)建原理、技術(shù)、裝備、模式等自主創(chuàng)新,拓展牧場建設(shè)新空間,打造“北斗+海洋牧場”的全域型海洋生態(tài)牧場。
走向深藍的號角已經(jīng)吹響,全域型海洋生態(tài)牧場的畫卷已經(jīng)展開。未來更加可期!
《光明日報》( 2022年05月31日?01版)
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(yè)“天上來”,這場長時間的天地“視頻通話”是怎樣實現(xiàn)的?
“我們在天地之間打造了一條高效、穩(wěn)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(wèi)星系統(tǒng)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(wǎng),與架設(shè)在太空中、距地球3.6萬公里的中繼衛(wèi)星組網(wǎng)運行。“天宮課堂”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(tǒng)的神功可大著呢!
比如,已成功落火并持續(xù)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(tǒng)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(fā)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(yīng)答機以無線電波的形式,向地面測控站進行反饋。通過無數(shù)次這樣的問答,技術(shù)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(dǎo)它完成飛行、變軌、對接等一系列動作。
現(xiàn)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(lián)系的唯一紐帶,測控大家族中的深空探測測控系統(tǒng)正大顯身手。
為完成首次火星探測任務(wù),我國于2020年在新疆喀什地區(qū)完成了4副35米口徑天線組陣深空測控系統(tǒng)的建設(shè),建成亞洲最大70米口徑全可動天線。這讓我們具備了穩(wěn)定接收微弱人造數(shù)據(jù)信號和感知極微弱宇宙自然天體輻射電磁波的能力,實現(xiàn)了宇宙深空探測器遙感數(shù)據(jù)接收和射電天文觀測科學(xué)研究,極大助力“天問一號”科學(xué)數(shù)據(jù)的接收。
要知道,在執(zhí)行任務(wù)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(nèi),并且以接續(xù)傳遞的方式,無死角捕獲飛行器的位置和狀態(tài)??梢哉f,這是一場精湛的技術(shù)接力,需要密切協(xié)同配合。
作為航天測控通信系統(tǒng)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(qū)等地的系列深空測控站。在執(zhí)行航天任務(wù)時,技術(shù)專家就要分赴海內(nèi)外,在測控站外場長時間駐守,對設(shè)備進行維護、升級,不分晝夜,經(jīng)受戈壁、海浪、異國等種種考驗,直到收到發(fā)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】
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(xué)家而言,時間是原子的“跳動”。
在中國計量科學(xué)研究院,有一種特殊的計時設(shè)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(fā)展,用處越大!
就拿已深入每個人生活的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來說,精密時間測量發(fā)揮了重要作用。導(dǎo)航系統(tǒng)需要多顆導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)運行,每顆衛(wèi)星上都放置有特殊的高準確度的鐘,將時間發(fā)送到地面。科研人員根據(jù)接收到不同衛(wèi)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(fā)射和測控、智慧城市等領(lǐng)域有著不可替代的作用。
不過,要實現(xiàn)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(zhuǎn)的周期等分為86400份,據(jù)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(wěn)定,這自然也會影響其準確度。
隨著量子物理的發(fā)展,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些量子現(xiàn)象的穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于天文現(xiàn)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。“而鍶原子光晶格鐘的光學(xué)頻率比微波頻率更穩(wěn)定,穩(wěn)定度提高后,準確度也相應(yīng)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(xué)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(xué)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(wěn)定,測量的結(jié)果也更準確,為進一步修改秒定義提供了現(xiàn)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(xiàn)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(shù)變化、發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)等前沿物理領(lǐng)域都可以發(fā)揮重要作用。
逝者如斯夫,我們的科研人員正在為實現(xiàn)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)
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(fā)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(wěn)穩(wěn)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(jīng)多年設(shè)計研發(fā),國產(chǎn)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(jīng)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(jīng)47個春秋,中國人的“大飛機夢”終于成真。
飛機設(shè)計有多難?在“運十”飛機副總設(shè)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(jù)需求創(chuàng)作新曲。
2008年中國商飛公司成立后,從初步設(shè)計到詳細設(shè)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(fā)動機等一體化設(shè)計,近200項專利申請,擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的干線飛機C919,全部設(shè)計均由中國人自己的團隊自主完成。
“大飛機是我們建設(shè)創(chuàng)新型國家的一個標志性工程,也是一個國家裝備制造業(yè)的標志?!敝袊こ淘涸菏俊919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(tǒng)、信息等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?!?/p>
的確,在C919研制過程中,我國大型客機技術(shù)創(chuàng)新體系逐步形成,吸引和帶動了多所高等院校和多家企業(yè)參與大型客機項目研制——5個大類、20個專業(yè)、6000多項民用飛機技術(shù),C919的設(shè)計研制,帶動了我國技術(shù)、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(jīng)濟性、環(huán)保性、舒適性方面特色突出——
“采用先進的氣動設(shè)計,氣動阻力比同類型飛機小”;
“安全性大家最關(guān)心。它完全按照國際適航標準設(shè)計,確保了安全性”;
“與同類型150座級飛機相比,經(jīng)濟性能更好,因采用了先進的動力系統(tǒng),它排放的尾氣和噪聲,比現(xiàn)有飛機要低50%以上?!睆垙┲偃鐢?shù)家珍。
“大飛機創(chuàng)造了一個大時代。”中國民用飛機設(shè)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(yù)發(fā)展階段工作,轉(zhuǎn)入工程發(fā)展階段,C919,正迎來蓬勃發(fā)展的春天。
《光明日報》( 2022年05月03日?01版)
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(fā)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(xué)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(qū)域。海斗深淵究竟什么樣?什么樣的生物生存在那里?生態(tài)環(huán)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(xué)院深??茖W(xué)與工程研究所研究員彭曉彤曾這樣寫道:“以深淵進入技術(shù)、深淵探測技術(shù)為代表的深海技術(shù),代表了當前國際深海工程技術(shù)的頂級水平;以深淵地學(xué)、深淵生命科學(xué)為代表的深淵科學(xué)研究,代表了當前國際深??茖W(xué)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(shè)海洋強國必須要征服的高峰。在“十三五”國家重點研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點專項的支持下,中國科學(xué)院沈陽自動化所聯(lián)合國內(nèi)十余家科研單位,用近4年的時間協(xié)同攻關(guān),終于“啃”下了這塊硬骨頭!
“海斗一號”在中國國內(nèi)首次采用全海深高精度聲學(xué)定位技術(shù)和機載多傳感器信息融合技術(shù),能夠滿足科學(xué)研究的多種需求。
它有靈活的手臂——具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(tǒng)等設(shè)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(shù)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(wěn)定性。它獲取的樣品與影像資料為我國科學(xué)家深入研究海底世界提供了寶貴的一手資料,至今仍在產(chǎn)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(xù)坐底工作時間等多項技術(shù)指標取得重要突破,首次在國際上實現(xiàn)對馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵西部凹陷區(qū)進行大范圍、全覆蓋巡航探測。
中國科學(xué)院沈陽自動化研究所副所長李碩說:“‘海斗一號’連續(xù)萬米深潛與科考應(yīng)用的成功,標志著我國無人潛水器技術(shù)與裝備進入全海深探測與作業(yè)應(yīng)用的新階段,標志著我國在全海深無人潛水器領(lǐng)域邁向國際領(lǐng)先水平。”
后續(xù)任務(wù)緊鑼密鼓。李碩說:“除了按計劃執(zhí)行深淵科考任務(wù),我們也將進一步提升‘海斗一號’的智能化水平和科考應(yīng)用能力,為推進國家深遠海戰(zhàn)略發(fā)展作出更大貢獻?!?/p>
“海斗一號”的故事還將繼續(xù),未來更加可期!
《光明日報》( 2022年04月29日?01版)
光明日報記者 楊 舒
清明一過,73歲的山西翼城老農(nóng)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(chǎn)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(nóng)作物種質(zhì)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(jīng)過鑒定,爆米花率達到99%以上,粒粒都能爆開,品相優(yōu)于當前主流品種,極具開發(fā)價值,能夠保留下來是非常小概率的事件!”中國科學(xué)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(nóng)作物種質(zhì)資源庫新庫在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)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(zhì)庫,這里可以收藏各類珍貴的農(nóng)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(zhàn)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(chǎn)業(yè)遭遇毀滅性打擊,該國科學(xué)家從種質(zhì)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(chǎn)業(yè)得以復(fù)蘇。
高產(chǎn)、抗病、抗旱、耐鹽堿……多種多樣的農(nóng)作物種子蘊含著巨量的遺傳基因,成為培育農(nóng)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(zhì)資源庫應(yīng)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(jīng)田間種植“考驗”2到3年,在確認其特點與庫內(nèi)種存在顯著差異后,才可被“收編”。入庫后的種子,又要經(jīng)過仔細“體檢”,通過處理、清選、生活力檢測、干燥等十多道“關(guān)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(nóng)作物種子將就此“沉睡”,壽命可從1~2年延長到數(shù)十年,喚醒后發(fā)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(shù)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(xiàn)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(jiān)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(fù)返。
新中國成立以來,我國先后啟動了三次全國性的農(nóng)作物種質(zhì)資源征集,但直到1986年,才建成自己的國家作物種質(zhì)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(nóng)作物種質(zhì)資源庫已保存種質(zhì)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(jīng)在野外、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上消失或絕種,庫中所藏,已是“絕版”。
在錢前看來,國家農(nóng)作物種質(zhì)資源庫是保障國家糧食安全的大國重器,是作物種質(zhì)資源的“人才庫”,也是打贏種業(yè)翻身仗的“彈藥庫”。
依靠這些珍貴的種質(zhì)資源,科學(xué)家們正通過雜交、分子設(shè)計等手段,將優(yōu)異的農(nóng)作物基因結(jié)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(wěn)中國飯碗。
《光明日報》( 2022年04月22日?01版)
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(zhì),一種一直沒有被“看見”,卻在物質(zhì)起源和宇宙演化過程中具有重要地位的物質(zhì)。
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(xué)的眾多觀測數(shù)據(jù)表明,暗物質(zhì)約占整個宇宙物質(zhì)質(zhì)量的85%。但,它看不見、摸不著,幾乎不和任何物體發(fā)生作用。
為了捕捉到這神秘又“靦腆”的暗物質(zhì),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(zhì)世界和宇宙認識的又一次重大飛躍。
當前,暗物質(zhì)探測方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質(zhì)”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(zhì)”指加速器實驗,即通過普通粒子的對撞來產(chǎn)生暗物質(zhì)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(yōu)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(xué)牽頭的盤古計劃(CDEX)高純鍺暗物質(zhì)實驗和上海交通大學(xué)牽頭的熊貓計劃(PandaX)液氙暗物質(zhì)實驗項目入駐。
“類似于‘等暗物質(zhì)自投羅網(wǎng)’?!鼻迦A大學(xué)工程物理系教授、CDEX暗物質(zhì)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(zhì)“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(xué)家們可以把暗物質(zhì)粒子和普通物質(zhì)相互作用后的各種參數(shù)都記錄下來,從中統(tǒng)計規(guī)律,再利用這些蛛絲馬跡一點點拼湊出暗物質(zhì)的信息。
事實上,暗物質(zhì)和普通物質(zhì)相撞的概率極低??茖W(xué)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(huán)節(jié)的精心設(shè)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(zhì)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(fā)表了我國首個暗物質(zhì)直接探測實驗結(jié)果。2014年,給出點電極高純鍺暗物質(zhì)探測方面國際最靈敏實驗結(jié)果,這一結(jié)果利用相同探測技術(shù),確定性地排除了美國CoGeNT實驗組給出的暗物質(zhì)存在區(qū)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(chǔ)設(shè)施“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設(shè)施”還在緊鑼密鼓的建設(shè)過程中,但兩個實驗組持續(xù)取得新突破,在暗物質(zhì)年度調(diào)制、暗光子、軸子等不同暗物質(zhì)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(shè)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(zhí)著堅持后的發(fā)現(xiàn)都將使人類對物質(zhì)世界的認識更進一步,也必將在科學(xué)史上鐫刻下屬于中國科學(xué)家的一筆。
《光明日報》( 2022年04月12日?01版)
光明日報記者 崔興毅
你可能一直對蘇聯(lián)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(guān)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?lián)?,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(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)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(shù)水平和綜合實力躋身世界第一方陣。
我們?yōu)槭裁磳Α叭A龍一號”的安全性底氣十足?
那是因為,設(shè)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(yīng)對9級烈度地震的襲擾。而在反應(yīng)堆內(nèi)部,“華龍一號”創(chuàng)新性采用“能動與非能動相結(jié)合”設(shè)計理念,以非能動安全系統(tǒng)作為高效、成熟、可靠的能動安全系統(tǒng)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(fā)生類似于福島這樣的核事故?!敝泻思瘓F華龍一號總設(shè)計師邢繼言辭肯定。
不僅安全性高,“華龍一號”的發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)電受自然環(huán)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(jié)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(xiàn)我國雙碳目標意義重大?!毙侠^說。
要知道,設(shè)計建造核電站可不是個簡單的事。這樣一個極其復(fù)雜的超級工程,涵蓋上千個系統(tǒng),僅設(shè)計圖紙就超十萬張,每更改一個數(shù)據(jù),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(shè)都曾陷入拖期泥潭。
但“華龍一號”卻創(chuàng)造了建設(shè)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(chǎn)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(shè)核電的積淀里——
“‘華龍一號’中的全新設(shè)計,可以說是革命性的,沒有任何現(xiàn)成的經(jīng)驗可以借鑒,怎么辦?”
“對于設(shè)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(diào)整甚至推翻,合力闖過技術(shù)難關(guān)。
“我們深信,為華龍拼命一點都不苦,看不到核電自主創(chuàng)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(guān)于核電自主創(chuàng)新夢想成真的傳奇故事。
從過去建設(shè)核電站用的地板磚、水泥都要從國外進口,到現(xiàn)在的三代核電“中國芯”“能動+非能動相結(jié)合”安全技術(shù)、綜合性熱工水力試驗平臺……716件國內(nèi)專利、80件國外專利,覆蓋設(shè)計、制造、建設(shè)、調(diào)試等全部領(lǐng)域,只為核心關(guān)鍵設(shè)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(jīng)與巴基斯坦、阿根廷等60多個國家和地區(qū)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(shè)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)
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(wèi)星系統(tǒng)。自1970年開始研制起,風云系列氣象衛(wèi)星從零起步、發(fā)展迅速,最終助力我國成為世界上少數(shù)同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛(wèi)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(fā)射“兩代四型”共19顆風云氣象衛(wèi)星。其中,風云一號和風云三號屬于極軌衛(wèi)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(wèi)星,它們始終和地面保持相對靜止,用于對我國及周邊區(qū)域進行氣象探測。
天氣預(yù)報、氣候預(yù)報、災(zāi)害監(jiān)測、科學(xué)研究,在眾多重要領(lǐng)域,風云家族成員個個身手不凡,業(yè)務(wù)覆蓋近百個行業(yè),能持續(xù)為全球118個國家和地區(qū)提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù),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(chǎn)黨成立100周年大會提供精準氣象預(yù)報;兩個半月后,陜西“十四運”開幕式結(jié)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(wèi)星產(chǎn)品保證經(jīng)理陳曉杰說:“這些‘分鐘級’的氣象保障服務(wù)都有賴于2021年6月3日發(fā)射的風云四號B星,它搭載的快速成像儀衛(wèi)星載荷可以實現(xiàn)1分鐘間隔250米分辨率的高時空觀測,能為精細化監(jiān)測以及人影作業(yè)的準確實施提供有力支撐?!?/p>
參加“十四運”氣象服務(wù)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(shù)值天氣預(yù)報6小時同化窗口內(nèi)衛(wèi)星觀測資料的空白,有效提高天氣預(yù)報的精度和時效;它搭載的微光觀測設(shè)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(xiàn)對日冕層的全能譜觀測,這是對地球環(huán)境影響最直接的太陽外部結(jié)構(gòu),將為科學(xué)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(qū)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(xiàn)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(wèi)星的工作,被稱為中國氣象衛(wèi)星界的“實力擔當”。
風云家族的未來可宏大呢!
據(jù)悉,2035年前,我國將建成第三代風云氣象衛(wèi)星綜合觀測體系,實現(xiàn)星地—星間協(xié)同智慧觀測,全球觀測數(shù)據(jù)獲取和處理時效將達到1小時以內(nèi)?!暗谌鷼庀笮l(wèi)星將實現(xiàn)精準預(yù)報,滿足全要素、精細化氣象觀測需求,在氣象預(yù)報、氣候預(yù)測、大氣化學(xué)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測以及防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用領(lǐng)域起到主導(dǎo)作用?!敝袊教炜萍技瘓F八院風云三號衛(wèi)星總體主任設(shè)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)
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(jīng),這是牧民巴都瑪拉最艱巨的任務(wù)——每天騎著摩托車在沙漠里漫無目的地找放養(yǎng)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(xiàn)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。
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(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空,約30分鐘后進入預(yù)定軌道。至此,中國北斗工程完成了“三步走”,55顆導(dǎo)航衛(wèi)星在浩渺太空“織”出一盤“大棋局”。
殊不知,為了這盤“大棋局”,數(shù)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(tǒng),向中國提供服務(wù);2012年年底,建成北斗二號系統(tǒng),向亞太地區(qū)提供服務(wù);2020年中期,建成北斗三號系統(tǒng),向全球提供服務(wù)。”北斗一號衛(wèi)星總設(shè)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(shù)家珍:“首次成功采用由‘3顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星+3顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星+24顆中圓地球軌道(MEO)衛(wèi)星’組成的多軌混合星座,大大提高了我國周邊地區(qū)的定位精度,以及導(dǎo)航系統(tǒng)自身的健壯性和生存能力;首次成功采用RDSS+RNSS導(dǎo)航雙體制,不僅讓導(dǎo)航系統(tǒng)有了備份,還擁有報文通信功能;部分衛(wèi)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(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度,還解決了在國外無法建站的難題;衛(wèi)星部件100%實現(xiàn)國產(chǎn)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(chuàng)新為靈魂的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),始終將服務(wù)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(shù)能幫助農(nóng)民起壟、播種、噴藥、收獲。還有我們?nèi)粘I钪械臅r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(guān)鍵時刻……自建成開通以來,北斗系統(tǒng)運行穩(wěn)定且性能不斷提高,持續(xù)滿足著全球用戶的需求,成為我國積極推動構(gòu)建人類命運共同體的生動案例。
如今,北斗系統(tǒng)的規(guī)模應(yīng)用已進入市場化、產(chǎn)業(yè)化和國際化發(fā)展的關(guān)鍵階段。“目前,全球一半以上的國家和地區(qū)都在使用北斗產(chǎn)品?!北倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)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?nèi)绱酥?。中國的北斗,世界的北斗,一流的北斗——這是北斗系統(tǒng)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)
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(wèi)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?nèi)庋劭梢姷奶祗w,還可能存在許多看不見的暗物質(zhì)??茖W(xué)家們推測,它們不發(fā)光、也基本不與其他物質(zhì)有相互作用,在一般光學(xué)手段觀測下,猶如“隱身”。
不過,當一對暗物質(zhì)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(zhì)存在的蛛絲馬跡。
2021年9月7日,“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星首批伽馬光子科學(xué)數(shù)據(jù)向全球公開。自2015年12月17日成功飛天,“悟空”一次次所發(fā)布的寶貴數(shù)據(jù)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(xué)院研制生產(chǎn)的衛(wèi)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(nèi)部集成了近8萬路電子學(xué)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(jù)“悟空”號首席科學(xué)家、中國科學(xué)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(yōu)的空間宇宙線探測器,也是我國第一顆空間天文衛(wèi)星。它平均每秒就能“捕捉”60個高能粒子,可以對GeV到數(shù)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(jīng)完成全天區(qū)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(shù)據(jù),透過這些數(shù)據(jù),暗物質(zhì)的面紗已陸續(xù)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(jié)構(gòu)。這是“悟空”號繼精確測量電子能譜、繪制高能質(zhì)子宇宙線能譜后,第三次發(fā)布重要科學(xué)結(jié)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(xué)界普遍認為,揭開暗物質(zhì)之謎,將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學(xué)之后的又一次基礎(chǔ)科學(xué)變革。
踏入暗物質(zhì)探測競賽的前沿,中國科學(xué)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(zhì),也許不遠了!
《光明日報》( 2022年02月22日?01版)
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(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(jié)。他是中國核工業(yè)二三建設(shè)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(fā),600多家單位、31000余名技術(shù)人員參與,累計形成知識產(chǎn)權(quán)成果超過7600項,設(shè)備國產(chǎn)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(chuàng)新?!啊畤鸵惶枴蚱屏硕囗棽牧霞霸O(shè)備制造技術(shù)壟斷,主泵、爆破閥、壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件等關(guān)鍵設(shè)備材料全部實現(xiàn)自主化設(shè)計和國產(chǎn)化制造?!贝笮拖冗M壓水堆核電站國家科技重大專項總設(shè)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(jù)以前與外方的合作協(xié)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(chǎn)權(quán)。
135萬千瓦,對非能動安全和主要設(shè)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(shè)計、研制和試驗的能力——不掌握核心技術(shù),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(shè)計與安全分析軟件到“中樞系統(tǒng)”核電儀控,再到電纜、儀表等遍布核島各處的“血管”“神經(jīng)”……三代核電自主化技術(shù)攻關(guān)團隊在關(guān)鍵核心技術(shù)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(guān)聯(lián)?
它們,可以換算成“國和一號”安全、經(jīng)濟與環(huán)保的效果圖——采用非能動安全系統(tǒng)、事故后無須人工干預(yù)時間為72小時,建造周期56個月,電站整體和主體設(shè)備壽命60年,每年二氧化碳減排量約900萬噸,單機組發(fā)電功率153.4萬千瓦……
還有一個數(shù)字你該了解:核電技術(shù)從二代跨越到三代,安全水平提高100倍。
這是安全性質(zhì)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(jié)構(gòu),兩層鋼板內(nèi)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(gòu)成的內(nèi)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(zhì)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(guān)鍵的核安全設(shè)計理念——不依賴外在動力源即可運行?!鞍寻踩到y(tǒng)的水箱放在高位,一旦發(fā)生事故時,水會在重力作用下流到反應(yīng)堆堆芯或安全殼表面,自動冷卻堆芯與安全殼系統(tǒng),保證反應(yīng)堆堆芯與安全殼這道安全屏障不受損壞。”鄭明光介紹。
得三代先進核電技術(shù)“真經(jīng)”者,得清潔能源的未來!如今,國之重器“國和一號”的創(chuàng)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)
光明日報記者?齊芳
深冬寒夜,中國科學(xué)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(lǐng)課題組一直在忙——利用我國首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星(碳衛(wèi)星)取得的觀測數(shù)據(jù),他們在分析計算全球碳匯和碳排放時空分布的新結(jié)果,討論我國碳匯變化趨勢?!斑@能夠幫助我們了解這顆衛(wèi)星的優(yōu)勢和不足,以便優(yōu)化未來衛(wèi)星的設(shè)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(xué)研究需要回答的問題,是政策制定的科學(xué)依據(jù),也是全球氣候變化國際談判中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)——
“碳衛(wèi)星”能夠幫助我們給出答案!
2016年12月22日,它在酒泉成功發(fā)射。它帶在“身上”的,有我國科研人員自主研發(fā)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(shè)備。這一下子,標志著我國在溫室氣體監(jiān)測領(lǐng)域達到了先進水平。
有了觀測數(shù)據(jù)只是第一步,接下來是數(shù)據(jù)的反演——
太陽輻射在大氣中是如何傳輸?shù)??大氣散射、吸收有什么特征?中國科學(xué)院大氣物理研究所的科研團隊研制出了中國碳衛(wèi)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(yōu)、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(jiān)測也有了依據(jù)。
這顆“碳衛(wèi)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(shù)據(jù)質(zhì)量和反演算法,將數(shù)據(jù)精度提升到1.5ppm,并獲得陸地生態(tài)系統(tǒng)日光誘導(dǎo)葉綠素熒光數(shù)據(jù)產(chǎn)品;2021年,獲取了中國“碳衛(wèi)星”首個全球碳通量數(shù)據(jù)集。
“這是一個里程碑式的結(jié)果,標志著我國具備了全球碳收支的空間定量監(jiān)測能力,是國際上繼日本、美國之后的第三個具備該技術(shù)的國家。”楊東旭自豪地說,這顆“碳衛(wèi)星”,讓我國科技工作者和相關(guān)部門能夠掌握第一手數(shù)據(jù),增加了我國在氣候變化全球談判中的底氣。
工作還在繼續(xù),正如劉毅所說:“我們希望能與其他國家合作形成碳衛(wèi)星‘虛擬星座’,聯(lián)合觀測大氣二氧化碳,為全球氣候變化提供更加豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時,我國新一代‘碳衛(wèi)星’的設(shè)計與研發(fā)已經(jīng)提上日程。這將助力我國實現(xiàn)‘雙碳’目標,也體現(xiàn)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】
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(xué)是一門高度依賴觀測設(shè)備的科學(xué)。沒有觀測設(shè)備,只能開展理論研究或者根據(jù)別人的資料進行研究。
現(xiàn)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(xué)領(lǐng)域的地位不一樣了……在射電天文學(xué)領(lǐng)域,我們已經(jīng)進入第一方隊?!敝袊茖W(xué)院院士、FAST科學(xué)委員會主任武向平說。
引力理論、星系演化,乃至物質(zhì)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(fā)揮什么作用?
來看看它的成績單吧!
正式驗收兩年來,已發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星,成為世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)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(zhì)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(lǐng)域,對其發(fā)現(xiàn)和研究,是國際上大射電望遠鏡關(guān)鍵科學(xué)目標之一。“中國天眼”,已經(jīng)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(yù)期的工作效率;基于觀測數(shù)據(jù)發(fā)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(fā)現(xiàn)象)研究成果發(fā)表于國際科學(xué)期刊《自然》雜志,使得我國相關(guān)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(fā)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(xué)目標和相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃,“中國天眼”還確立了多個優(yōu)先和重大項目,包括多科學(xué)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(chuàng)新離不開國際合作和開放共享。
“中國天眼”在建設(shè)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(xué)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(xué)生開放?!爸行W(xué)生可以提出好的科學(xué)想法,由專業(yè)天文學(xué)家?guī)椭麄儊韺崿F(xiàn)?!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)
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(xué)考察隊第二批101名隊員乘坐“雪龍2”號極地科學(xué)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(jīng)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(shù)科學(xué)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(xué)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(jīng)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(zhàn)”,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(wù)。
“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(xù)“行走”。它的續(xù)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(xù)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(zhuǎn)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(shè)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(jīng)系統(tǒng)”,使其在復(fù)雜的環(huán)境中也能實現(xiàn)自動駕駛。先進動力定位系統(tǒng)的配置,更能令船體在狂風大浪中“穩(wěn)如泰山”。
“‘雪龍2’號不僅填補了我國在極地科考重大裝備領(lǐng)域的空白,更彰顯出我國船舶技術(shù)的不斷提高。”“雪龍2”號總設(shè)計師吳剛說。
“雪龍2”號的命名人是中國科學(xué)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(xù)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】?
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(jù)著重要位置——環(huán)境、食品、醫(yī)藥、健康、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化學(xué)化工、材料、生物安全,與人類存續(xù)相關(guān)的所有環(huán)節(jié),幾乎都與它們有關(guān)。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(xù)關(guān)注的熱點,也正因此,微生物科學(xué)數(shù)據(jù)成為一種重要戰(zhàn)略資源。
2019年6月,作為我國首批啟動的20個國家科學(xué)數(shù)據(jù)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(tài)研究所、中科院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心等單位共建的國家微生物科學(xué)數(shù)據(jù)中心,開始承擔起保存、整合、挖掘、利用微生物科學(xué)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)共享,到如今,國家科技計劃匯交數(shù)據(jù)、期刊數(shù)據(jù)、華大基因等測序公司數(shù)據(jù)源源不斷地匯集,你能想象嗎?這里,已匯集數(shù)據(jù)條數(shù)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(xué)數(shù)據(jù)中心。
不僅如此,國家微生物科學(xué)數(shù)據(jù)中心還制定了第一個微生物數(shù)據(jù)領(lǐng)域的國際ISO數(shù)據(jù)標準,覆蓋資源、物種、組學(xué)、功能等方面的數(shù)據(jù)管理與發(fā)布。他們還在此基礎(chǔ)上開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)管理平臺,在國內(nèi)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(jīng)有GENBANK、GISAID等比較知名的微生物數(shù)據(jù)庫,如果科學(xué)是無國界的,為什么我們還要建立自己的數(shù)據(jù)庫?”
馬俊才的回答總是耐心而堅定——
“國家微生物科學(xué)數(shù)據(jù)中心與這些數(shù)據(jù)庫從來不是非此即彼的關(guān)系,它的建立,既是為了保障國家微生物數(shù)據(jù)主權(quán),也是為了依法依規(guī)推動數(shù)據(jù)共享和國際交流?!?/p>
馬俊才說,目前幾家比較大的數(shù)據(jù)庫均在國外,數(shù)據(jù)收錄和公布的流程比較復(fù)雜、時間比較長,有些數(shù)據(jù)庫的下載還要收費。
“我們國家財政支持的科研所產(chǎn)生的數(shù)據(jù),中國科學(xué)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(wù)平臺,中心數(shù)據(jù)資源全部免費共享,“這從某種程度上解決了我國科學(xué)家不能使用我國數(shù)據(jù)的窘境”。
有了科學(xué)數(shù)據(jù),還要讓數(shù)據(jù)“活”起來——
國家微生物科學(xué)數(shù)據(jù)中心在數(shù)據(jù)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(xué)數(shù)據(jù)中心為依托,與國家食品安全領(lǐng)域開展合作,建立了國家食源性致病微生物全基因組數(shù)據(jù)庫及溯源網(wǎng)絡(luò),對31個省區(qū)市的60種食品基質(zhì)、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(yīng)的大數(shù)據(jù)平臺和應(yīng)用系統(tǒng),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(shù)據(jù)標準、牽頭國際重大合作計劃,爭取吸引更多國內(nèi)、國際科學(xué)家把科學(xué)數(shù)據(jù)提供給我們,建立更多具有國際權(quán)威的微生物數(shù)據(jù)庫?!?/p>
《光明日報》( 2022年01月04日?01版)
【曬曬咱的國之重器13】?
光明日報記者 顏維琦
它是玩轉(zhuǎn)“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(tài)的數(shù)據(jù),10分鐘三床位即可完成全身掃描,同時采集患者組織結(jié)構(gòu)、功能狀態(tài)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(jīng)系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)等疾病的早期發(fā)現(xiàn),有助于疾病防治關(guān)口前移,提升重大疑難疾病的診治水平。
它又被業(yè)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(xué)檢查設(shè)備,堪稱高端醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備領(lǐng)域最尖端技術(shù)的代表。要摘取“明珠”,談何容易!由于研發(fā)難度極高,此前只有兩家跨國公司具備研發(fā)能力。聯(lián)影醫(yī)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(lián)影醫(yī)療牽頭主導(dǎo),攜手數(shù)十家頂級科研院所、醫(yī)院完成的“一體化PET/MR”項目獲國家藥品監(jiān)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(chǎn)學(xué)研醫(yī)深度融合創(chuàng)新的成果,填補了中國在高端醫(yī)療設(shè)備最尖端領(lǐng)域的空白。
一體化PET/MR,顧名思義,就是把正電子發(fā)射計算機斷層掃描儀(PET)與磁共振成像系統(tǒng)(MR)有機整合到一起。聯(lián)影醫(yī)療牽頭完成的這一設(shè)備,實現(xiàn)了核心部件自主研發(fā),且性能領(lǐng)先國際。在復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)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(gòu)評估顯示,各項核心性能參數(shù)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(lián)影醫(yī)療“一體化PET/MR”已在國內(nèi)十余家頂級三甲醫(yī)院投入使用。
在顱腦腫瘤、胰腺癌、前列腺癌、多發(fā)性骨髓瘤等腫瘤診斷中,聯(lián)影醫(yī)療“一體化PET/MR”能夠?qū)崟r、全方位鎖定病灶,不放過局部微小病灶與遠端轉(zhuǎn)移灶,助力醫(yī)生精準診斷。
這一影像診斷中的“全能王”,還能全方位提供關(guān)于大腦解剖、生理、代謝與功能方面的信息,助力神經(jīng)退行性疾病、癲癇等腦科學(xué)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(fù)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(chǎn)醫(yī)學(xué)影像尖端設(shè)備的代表,一體化PET/MR在腦圖譜繪制、新冠肺炎患者康復(fù)監(jiān)測等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用,助力科學(xué)家們邁向科研更高峰。
《光明日報》( 2021年12月26日?01版)
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(xué)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(wǎng)”,捕捉被稱為“宇宙飛彈”的宇宙射線。這就是由國家發(fā)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(zhì)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(huán)境等重要科學(xué)信息。研究宇宙線及其起源是現(xiàn)代物理學(xué)中最基礎(chǔ)的問題之一,也是人類探索宇宙的重要途徑。
“LHAASO的核心科學(xué)目標是探索高能宇宙線起源以及相關(guān)的宇宙演化和高能天體活動,并尋找暗物質(zhì);廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內(nèi)部的伽馬射線源等。”LHAASO首席科學(xué)家、中國科學(xué)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(wǎng)”的一個個節(jié)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(wǎng)”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(cè)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(jù)這類實驗研究領(lǐng)域的制高點。
還在試運行的LHAASO已經(jīng)產(chǎn)出了世界級的原創(chuàng)成果:2021年5月,國際學(xué)術(shù)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(nèi)發(fā)現(xiàn)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(tǒng)認知,開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”的時代。
除了這些天體物理的發(fā)現(xiàn),LHAASO在其他領(lǐng)域也能大顯身手?!氨热缥覀兣c氣象學(xué)家合作,探索雷電和宇宙線的關(guān)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(shù)據(jù)進行空間天氣預(yù)報。還有,LHAASO建在青藏高原上,還要開展氣溶膠測量,結(jié)合這一特殊的地理位置,我們聯(lián)合氣象研究單位,為生態(tài)和環(huán)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(xué)生到首席科學(xué)家,曹臻親身經(jīng)歷了中國科學(xué)家在這一領(lǐng)域從跟隨、并跑到主導(dǎo)的過程。曹臻說:“近些年國家越來越重視基礎(chǔ)研究,我們有信心在這一領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先優(yōu)勢。在LHAASO規(guī)劃時,我們就已經(jīng)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(shè)備——現(xiàn)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。”
《光明日報》( 2021年12月23日?01版)
光明日報記者 常河
2020年12月4日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉院士團隊成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”。同日,國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)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(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。
所謂“量子優(yōu)越性”,即對于特定任務(wù),量子計算機可以解決,而現(xiàn)存的任何經(jīng)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(nèi)完成。
有多“優(yōu)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(dǎo)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(xiàn)實?!迸私▊F隊成員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽說,和原子、離子、超導(dǎo)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(jié)構(gòu)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。”
“九章”啥樣?在安徽合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)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(xué)元器件,就是“九章”。“一個用來產(chǎn)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(xué)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(dǎo)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(gòu)建后不到一年,2021年10月,“九章”的升級版“九章二號”成功構(gòu)建,再次刷新國際光量子操縱的技術(shù)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(fā)布的超導(dǎo)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(dǎo)和光量子兩個“賽道”上達到“量子優(yōu)越性”里程碑的國家。
“證明‘量子優(yōu)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(yīng)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】?
光明日報記者 齊芳
在中國科學(xué)院干細胞與再生醫(yī)學(xué)創(chuàng)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(yī)學(xué)、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(tǒng)的檢測方法相比,它不需依賴復(fù)雜的儀器設(shè)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(yè)檢測人員使用專用設(shè)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(shè)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(xiàn)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(chǔ)上研發(fā)成功的。CRISPR-Cas12b是該院李偉研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊自主研發(fā)的,是我國擁有CRISPR系統(tǒng)發(fā)明專利的基因編輯工具。
基因編輯技術(shù)是生命科學(xué)的底層技術(shù),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(fā)現(xiàn),推進了人類對生命的認知,也極大地改變了生命科學(xué)的研究形態(tài)和生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2020年諾貝爾化學(xué)獎授予了發(fā)現(xiàn)基因編輯技術(shù)的兩位科學(xué)家,發(fā)達國家在競相布局基因編輯技術(shù)的相關(guān)專利和產(chǎn)業(yè)。“基因編輯技術(shù)在生命科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域顯示出強大的生命力,在新藥物的研發(fā)、遺傳疾病的治療等方面具有非常吸引人的應(yīng)用前景?!崩顐ソ忉專爱a(chǎn)業(yè)發(fā)展與核心專利技術(shù)緊密相關(guān),如果一個國家沒有自己自主知識產(chǎn)權(quán)的基因編輯技術(shù),相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就會受到鉗制。”
我們可以繼續(xù)延用“剪刀”來解釋為什么需要自己的基因編輯技術(shù)——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(xué)家都在積極研發(fā)自己的‘基因剪刀’,并不斷更新?lián)Q代,美國已經(jīng)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(wěn)定、易于儲存,也更適合體外檢測——正是基于這一優(yōu)勢,我們開發(fā)出了那款檢測新冠病毒的新試劑?!?/p>
如今,這項新技術(shù)正用于多項生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究和多款基因藥物的研發(fā),而李偉也在帶領(lǐng)團隊努力開發(fā)更多的基因“剪刀”?!吧茖W(xué)基礎(chǔ)研究進展與應(yīng)用的距離非常近,很多情況下,我們既要進行基礎(chǔ)研究,也要深入產(chǎn)業(yè)開發(fā)?!崩顐ッ刻斓墓ぷ髋诺脻M滿的——結(jié)束采訪,他馬上就要開研究組會,他說,“生命科學(xué)的進展與生命息息相關(guān),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】?
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(xiàn)人類的永續(xù)發(fā)展。如果說“夸父追日”是古人戰(zhàn)勝自然的美好愿望,那么東方超環(huán)則代表了今人把夢想變?yōu)楝F(xiàn)實的努力。
在安徽省合肥市西郊科學(xué)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(nèi)外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統(tǒng)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(xué)裝置,即由我國自行設(shè)計、研制的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置——東方超環(huán)(EAST)。它的建成,標志著在穩(wěn)態(tài)運行的物理和工程方面,我國開始引領(lǐng)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(dǎo)托卡馬克技術(shù)的國家。
2021年5月28日凌晨,東方超環(huán)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(xiàn)了可重復(fù)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(chuàng)造了東方超環(huán)運行的新世界紀錄!
是不是感覺過于專業(yè)聽不懂?沒關(guān)系,先聽聽專家怎么說……
“這是東方超環(huán)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(wěn)態(tài)磁約束領(lǐng)域的研究處于國際領(lǐng)先水平——更重要的是,這一系列創(chuàng)新研究成果和技術(shù)積累,為我國建造自己的東方超環(huán)提供了堅實的科學(xué)和工程基礎(chǔ)?!苯輬髠鱽砟且豢?,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)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(shè)計、建造的新一代熱核聚變裝置——東方超環(huán),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(dǎo)非圓截面核聚變實驗裝置。
目前,東方超環(huán)已經(jīng)成為國際上相關(guān)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(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束放電提供科學(xué)和工程上的支持。
為什么全世界相關(guān)領(lǐng)域的研究人員都對東方超環(huán)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(yōu)點,是人類未來理想的清潔能源之一,可為實現(xiàn)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(yīng)堆率先在中國發(fā)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】
光明日報記者張蕾
10年前,有人在網(wǎng)上發(fā)帖問:“國際空間站何時輪到中國人上去?”下面一條回復(fù)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(xiàn)了。2021年4月29日,隨著“天和”核心艙發(fā)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(fā)射完成空間站建設(shè),包括4次貨運飛船、4次載人飛船發(fā)射,以及“問天”和“夢天”兩個實驗艙發(fā)射。
中國空間站的基本構(gòu)型為“天和”核心艙、“問天”和“夢天”兩個實驗艙,每個艙段規(guī)模20噸級,整體呈T字構(gòu)型……說到這兒,也許你會產(chǎn)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(shè)計成T字構(gòu)型呢?“我國的空間站采用運載火箭發(fā)射各艙段入軌、上天后交會對接的建設(shè)方式,整體構(gòu)型仍然要在‘以節(jié)點艙為球心的輻射狀’構(gòu)型上做文章。因此,我們沒有走蘇聯(lián)‘和平號’空間站的老路,而是設(shè)計成獨特的T字構(gòu)型。”中國載人航天工程空間站系統(tǒng)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(tǒng)主任設(shè)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(yīng)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(yè)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(xié)同下可完成艙外載荷的安裝、更換等復(fù)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(huán)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(tǒng),航天員出汗和呼吸產(chǎn)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(xué)實驗是中國空間站的主要使命。據(jù)悉,神舟十三號任務(wù)將進行航天醫(yī)學(xué)、微重力物理等科學(xué)技術(shù)試驗與應(yīng)用,有望獲得大量科研數(shù)據(jù),產(chǎn)出高水平的科學(xué)成果;此外,航天員還會給青少年帶來精彩的天地授課內(nèi)容,成為鼓勵學(xué)子們熱愛航天、參與探索、追求科學(xué)的實踐平臺。
后續(xù),我國將擇機發(fā)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(qū)進行觀測。很多國際科學(xué)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(lián)合飛行在內(nèi)的更廣泛國際合作提供精彩舞臺。目前,已經(jīng)有不少國家和地區(qū)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(yīng)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(wù)?!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(jīng)來臨……
《光明日報》( 2021年12月02日?01版)
【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(xué)裝置的核心部件都需要在穩(wěn)定的極低溫環(huán)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(nèi)還不到10支——它們已經(jīng)“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(qū)只有標準,基準建設(shè)并不完整?;鶞?,是全球治理體系和經(jīng)貿(mào)合作發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ);溫度基準,是現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)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(qū)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(qū)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(quán)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(xué)院理化技術(shù)研究所正高級工程師高波帶領(lǐng)的國際研究團隊,原創(chuàng)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(qū)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(qū),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(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)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(tǒng)一。在人類社會發(fā)展相當長的時期內(nèi),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(xiàn)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(fā)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(wěn)定性和全球通用性方面的缺陷就逐漸凸顯?!?/p>
于是,科學(xué)家們將目光投向了穩(wěn)定的自然常數(shù)——從2019年5月20日起,國際單位制發(fā)生變革,基本單位改由自然常數(shù)定義?!皽囟纫彩侨绱?。”高波解釋,“誰能更快、更準地基于自然常數(shù)建立基準級測溫裝置,誰在未來就擁有更多的話語權(quán)。”
這是一次難得的歷史機遇。
極低溫區(qū)基準級測溫裝置不僅填補了我國在溫度計量領(lǐng)域的空白,實現(xiàn)了這一溫區(qū)量值溯源的自主可控,更實現(xiàn)了“零”的突破——我國科研人員首次參與到極低溫區(qū)國際溫標賦值的工作中,目前,這種中國原創(chuàng)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(qū)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(shù),不僅對我國科技發(fā)展、工業(yè)發(fā)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(yè)領(lǐng)域逐步顯現(xiàn)。
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(xù)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(chuàng)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】?
光明日報記者?楊舒
如果將組成物質(zhì)的原子比作一張大網(wǎng),我們對這張網(wǎng)一下子拋出許多“彈珠”,有的“彈珠”會穿過大網(wǎng),有的則會和網(wǎng)中的點、線發(fā)生碰撞,飛向不同方向。
聰明的科學(xué)家們記錄下所有“彈珠”的軌跡,通過計算,就能倒推出網(wǎng)的結(jié)構(gòu),看清這些原子組成的分子。這個能發(fā)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(fā)改委立項支持、中國科學(xué)院與廣東省共同建設(shè)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(xué)“神器”的國家。咱們的科學(xué)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(xué)物理課本上講過,所有物質(zhì)都由分子和原子組成,而原子內(nèi)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(jié)構(gòu)和內(nèi)部運動規(guī)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(yīng)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(shè)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(zhèn)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(xué)家夢寐以求的研究平臺,散裂中子源擔當?shù)氖腔浉郯拇鬄硡^(qū)綜合性國家科學(xué)中心的核心裝置重托,用途廣著呢。材料學(xué)、新能源、醫(yī)療制藥、關(guān)鍵電子器件的突破全都用得著它——
給航空發(fā)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(huán)境,摸清可燃冰在壓力釋放過程中的內(nèi)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(fā)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(wù)中外科學(xué)家團隊完成課題超過600項。2020年,依托這里,香港大學(xué)研發(fā)的超級鋼驚艷世界,我國首臺自主研發(fā)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(shù)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】
光明日報記者 袁于飛
2021年10月21日,國家“十三五”科技創(chuàng)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(cè)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(lǐng)跑世界的時代跨越!
領(lǐng)跑世界的跨越發(fā)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(qū)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(dǎo)演卡梅隆駕單人潛艇“深海挑戰(zhàn)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(xué)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(fā)出熱烈的掌聲。
隨后,深度數(shù)字繼續(xù)跳動:10001、10003、10100,直到10909,“奮斗者”號成功抵達海底,再次創(chuàng)造中國載人深潛紀錄。
“我們現(xiàn)在三個人的狀態(tài)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(xiàn)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(jù)國際規(guī)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(shè)計、材料、密封、工藝、通信、安全、集成、試驗等一系列技術(shù),每一項都是極限技術(shù),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(shè)計、集成與海試項目,中國科研人員準備向大洋深處進發(fā)。
這是一次勇敢的進發(fā),更是一次震天動地的抵達。人們忘不了成功的那一刻,科學(xué)家們眼中的熱淚。“奮斗者”號總設(shè)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(yīng)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(fù)雜作業(yè),這是老一輩科學(xué)家用肩膀托起來的。我們要牢記傳統(tǒng)又要開拓創(chuàng)新,所以‘奮斗者’號到達之處遠遠不是終點,應(yīng)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】
光明日報記者 詹媛
如果地球上能源不足了,還有其他發(fā)電方案,來支撐人類的海量用電需求嗎?
這個問題,科學(xué)家早已想過——清潔、高效的核能,便是解決方案之一。
但是,蘇聯(lián)切爾諾貝利核災(zāi)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(xué)家泰勒提出的理念:要使公眾接受核能,反應(yīng)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(yù),核電站的核心——反應(yīng)堆堆芯不會熔毀,放射性物質(zhì)不會大量外泄,進而不會發(fā)生嚴重的核事故。
這個構(gòu)想在中國變成了現(xiàn)實。
2021年9月12日,高溫氣冷堆核電站示范工程1號反應(yīng)堆成功實現(xiàn)首次臨界。這就相當于發(fā)動機點火,是反應(yīng)堆帶核功率運行的起點。預(yù)計在2021年年底,它將首次并網(wǎng)發(fā)電。
等它開始發(fā)電,有多少家庭能用上呢?每年發(fā)電量14億度,可以為200萬居民提供生活用電。不僅如此,預(yù)計它每年還可減少二氧化碳排放量90萬噸。為生態(tài)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(shè)計師——清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長張作義說,它在全球先進核能技術(shù)研發(fā)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(guān)鍵核心技術(shù)完全屬于中國。由清華大學(xué)與中核集團、華能集團建成的這座核電站,國產(chǎn)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(shù)含量高、安全設(shè)計要求也高的核島設(shè)備等,我國都具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。
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(shè)施落后,清華大學(xué)核研院原副總工程師薛大知回憶,當時建實驗設(shè)施,科研人員不但要研究設(shè)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(jīng)過60多年的發(fā)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(chǎn)業(yè)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(yīng)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(lǐng)跑者,在未來很長一段時間,還將繼續(xù)引領(lǐng)世界。
《光明日報》( 2021年11月15日?01版)
【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(wěn)穩(wěn)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(chǎn)”。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(qū)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(lián)之后,第三個從月球取回樣本的國家。
月球不發(fā)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(wù),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(wù)的技術(shù)。
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(jù)各國發(fā)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(shè)永久科研基地?!霸虑蚴侨祟惖?,但誰開發(fā)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(shù)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(xù),我國將陸續(xù)實施嫦娥六號、七號、八號等任務(wù),同時還將規(guī)劃建設(shè)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】?
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(fā)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(lián)第一個發(fā)射火星探測器至今,人類已向火星發(fā)射了數(shù)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(huán)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(yù)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(lián)“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(xiàn)在,祝融號的一項重要任務(wù),就是研究火星天氣??茖W(xué)家們因此將巡視器的著陸區(qū)選在火星北部的烏托邦平原,這里,沙塵暴頻發(fā)!
奔著沙塵暴去?這能行嗎?
“咱技術(shù)硬,不怕!”我國首輛火星車總體主任設(shè)計師陳百超說,祝融號使用四片蝴蝶狀砷化鎵構(gòu)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(tǒng)。美國“勇氣號”陷入沙坑,導(dǎo)致輪子出現(xiàn)故障,無法轉(zhuǎn)動,一直被困到任務(wù)結(jié)束。
怎么辦?“它的機身被設(shè)計成了可升降的主動懸架結(jié)構(gòu),能夠自由轉(zhuǎn)向,六個輪子均獨立驅(qū)動。”陳百超說,在極端地形中,祝融號還能重新設(shè)計輪子驅(qū)動方案,實現(xiàn)“蠕動”“蟹行”和“踮腳”等復(fù)雜操作,就像一輛六驅(qū)越野車。
祝融號火星車設(shè)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(wù),共獲取約10GB原始科學(xué)數(shù)據(jù)。
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(zhì)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(zhuǎn)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(wěn)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(xué)儀器就發(fā)揮作用了。
目前,“超期服役”的祝融號狀態(tài)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(wù)。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】
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(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器。這一個個重大科技創(chuàng)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(chuàng)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(guān)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(xù)、花費數(shù)年的巨大工程。然而,有了盾構(gòu)機,只消一天,就能鑿穿一座小山。
今年7月,北京東六環(huán)改造工程地下現(xiàn)場,我國迄今研制的最大直徑盾構(gòu)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(jié)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(gòu)機怎么干活?
說起來,它的工作原理類似于穿山甲挖洞。盾構(gòu)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(tǒng)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(jié)構(gòu)一次成型。
但,誰能想到,西方已應(yīng)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(gòu)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(shè)計研究總院黨委書記李光這樣回憶,“盾構(gòu)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(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機橫空出世。突破核心技術(shù)封鎖,此后10多年間,中國這個后來者,持續(xù)刷新著世界盾構(gòu)領(lǐng)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(gòu)機,標志著我國超大直徑盾構(gòu)成套技術(shù)躋身世界前列。
更讓人意想不到的是,2012年,中國第一臺盾構(gòu)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(gòu)機產(chǎn)品就已覆蓋全球25個國家和地區(qū),產(chǎn)銷量連續(xù)4年第一。
從無到有,從買到賣,中國盾構(gòu)機實現(xiàn)了歷史的轉(zhuǎn)身。
《光明日報》( 2021年11月01日?01版)