• 【曬曬咱的國之重器38】三亞非相干散射雷達:探測太空的超大“顯微鏡”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20240110/20240110221828978_0039.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器37】圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡:太陽(yáng)活動(dòng)“盡收眼底”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20230510/20230510183653311_0754.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器36】“羲和號”:步入“探日”時(shí)代
    https://flv1.gmw.cn/gma/20221004/20221004183145031_6613.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器35】問(wèn)天實(shí)驗艙:探索太空奧妙的“全能型”實(shí)驗室
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220901/20220901141911171_7309.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器34】絕對重力儀:給地球精準“做CT”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220806/20220806112713694_2880.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器33】太陽(yáng)電池陣:“天宮”的“能量加油站”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220726/20220726091525761_0952.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器32】高能同步輻射光源:照亮微觀(guān)世界的結構奧秘
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220714/20220714102518472_7623.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器31】給秧苗“吃小灶”:植物工廠(chǎng)水稻育種加速器
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220707/20220707212054755_8778.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器30】讓衛星公用平臺從“跟跑”變“領(lǐng)跑”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220614/20220614082313777_9435.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器29】走向深藍的巨型“糧倉”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220529/20220529065102733_6932.mp4
  • 【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
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220519/20220519085217470_1446.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器27】鍶原子光晶格鐘:35億年不差一秒
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220509/20220509184158414_1998.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器26】“破繭化蝶”:國產(chǎn)大型客機C919
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220506/20220506180010685_5401.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器25】海斗一號:向萬(wàn)米海底深潛
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220429/20220429120038739_5695.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器24】種子方舟:國家農作物種質(zhì)資源庫
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220422/20220422173323274_0512.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器23】中國錦屏地下實(shí)驗室:捕捉最“弱”的光
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220412/20220412091128053_5714.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器22】“華龍一號”:中國核電走向世界的名片
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220404/20220404113636259_8969.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器21】遙看地球萬(wàn)千變幻
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220323/20220323194816241_1182.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器20】閃耀蒼穹:北斗衛星導航系統
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220321/20220321093609038_1524.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器19】“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛星
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220222/20220222084053420_5516.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器18】三代核電技術(shù)的中國品牌:“國和一號”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220211/20220211095854268_8869.mp4
  • 【“國之重器”拜大年】這一波新春祝福,夠硬核吧!
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220131/20220131072350118_5001.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器17】我國首顆全球二氧化碳監測科學(xué)實(shí)驗衛星
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220208/20220208095213844_4516.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器16】洞悉宇宙的“中國天眼”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220125/20220125065641075_7888.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器15】極地科學(xué)考察船“雪龍2”號
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220111/20220111211518461_1314.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器14】國家微生物科學(xué)數據中心
    https://flv1.gmw.cn/gma/20220104/20220104072445844_5584.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器13】一體化PET/MR
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211226/20211226063343319_2406.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器12】高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211223/20211223030921188_2755.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器11】量子計算機“九章”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211218/20211218125254716_1909.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器10】基因編輯的精準“剪刀”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211212/20211212004136602_6085.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器9】探求未來(lái)理想的清潔能源:東方超環(huán)
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211206/20211206074304596_5527.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器8】中國空間站:“太空,我們來(lái)了!”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211202/20211202072701311_1044.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器7】極低溫區基準級測溫裝置
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211129/20211129072310456_1255.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器6】超級顯微鏡:中國散裂中子源
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211124/20211124193927452_4562.mp4
  • 【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
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211116/20211116100440708_7307.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器4】全球首座高溫氣冷堆核電站示范工程
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211114/20211114143259476_9793.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器3】帶著(zhù)月球“土特產(chǎn)”回家:嫦娥五號
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211108/20211108165719388_3935.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器2】星際探測的火種:首輛火星車(chē)祝融號
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211108/20211108080350932_1358.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器1】國產(chǎn)最大直徑盾構機“京華號”
    https://flv1.gmw.cn/gma/20211102/20211102092506331_4675.mp4
  • 【曬曬咱的國之重器38】圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡:太陽(yáng)活動(dòng)“盡收眼底”

      【曬曬咱的國之重器38】

      光明日報記者?崔興毅

      太陽(yáng)也會(huì )“打噴嚏”,而且威力還不??!作為離地球最近的恒星,太陽(yáng)雖然看起來(lái)很平靜,但其實(shí)“動(dòng)作”很多,黑子、耀斑、太陽(yáng)風(fēng)……當發(fā)生日冕物質(zhì)拋射時(shí),太陽(yáng)會(huì )噴出大量帶電粒子。

      “強烈的太陽(yáng)爆發(fā)會(huì )釋放出100億顆百萬(wàn)噸級核彈的能量,一旦沖向地球,會(huì )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(xiàn)等地面高技術(shù)系統可能會(huì )因為地磁擾動(dòng)產(chǎn)生感應電流而癱瘓甚至損毀,天上的衛星也可能由于災害性空間天氣受損。

      影響如此之大,可以提前預警嗎?

      當然!在四川省甘孜州稻城縣噶通鎮群山之間,我國建設了一個(gè)“觀(guān)天神器”——圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡項目(DSRT),它是國家重大科技基礎設施子午工程二期標志性設備之一,是全球規模最大、性能最強、可以實(shí)時(shí)成像的圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡。

      它由313個(gè)直徑6米的拋物面天線(xiàn)組成,所有天線(xiàn)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(gè)觀(guān)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(shí)時(shí)監測地球空間天氣事件的源頭——太陽(yáng)?!斑@些拋物面天線(xiàn)就像向日葵一樣,時(shí)刻追隨著(zhù)太陽(yáng)的方向轉動(dòng)?!遍惥礃I(yè)介紹,313面單元天線(xiàn)接收到的信號,經(jīng)過(guò)800米的長(cháng)光纖傳輸回中央機房,再進(jìn)行變頻、采集等后續處理,可以像巨大的“射電相機”一樣測量太陽(yáng)的射電圖像和頻譜。

      “通俗來(lái)說(shuō),就是盯著(zhù)太陽(yáng)看。結合其他監測設備的數據,可以計算出等離子體到達地球的時(shí)間,從而為衛星、通信設施、電網(wǎng)等正常運行提供空間天氣預警,保障各種設備的運行安全?!敝袊茖W(xué)院國家空間科學(xué)中心稻城亞丁臺站執行站長(cháng)吳俊偉說(shuō)。

      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(guān)測到的天區范圍更大;群山環(huán)抱下,人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生的電磁干擾也能被有效隔絕。

      高海拔帶來(lái)了有利的觀(guān)測條件,但也大大增加了建設難度。僅從樣機研制到聯(lián)調聯(lián)試,科研團隊就排查和解決了數百項技術(shù)難題。

      2021年12月,DSRT完成了一套16部天線(xiàn)的試驗系統搭建,成功獲取高質(zhì)量的太陽(yáng)射電圖像和頻譜,驗證了總體方案。雖然試驗系統規模只有國際同頻段系統的1/3,但圖像質(zhì)量明顯更好。去年11月,團隊完成了313個(gè)天線(xiàn)的系統集成,DSRT正式進(jìn)入聯(lián)調聯(lián)試階段,太陽(yáng)活動(dòng)將被“盡收眼底”。

      前不久,DSRT成功獲取了連續射電圖像序列,首次從連續射電圖像中實(shí)時(shí)識別出脈沖星閃爍。DSRT由此開(kāi)啟了觀(guān)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(chǎng)高質(zhì)量成像能力,我們也會(huì )在太陽(yáng)落山后,配合射電天文學(xué)家開(kāi)展夜天文觀(guān)測,充分發(fā)揮重大科技基礎設施平臺的效能?!遍惥礃I(yè)說(shuō)。

      觀(guān)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)

    ?

  • 【曬曬咱的國之重器37】??罩亓x:上天下海覓寶藏

      【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(zhù)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(guò),有了我國自主研發(fā)的??罩亓x,就可以給地球做個(gè)“CT”,“透視”地下結構了。

      ??罩亓x,專(zhuān)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(huì )有細微變化,這也是發(fā)現石油、天然氣、金屬礦產(chǎn)等的重要依據。

      也就是說(shuō),利用??罩亓x測得的重力數據,就可以分析地下有些什么——如果是金礦、銀礦這類(lèi)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(kāi)發(fā)大慶油田和勝利油田,重力數據貢獻可不??!不過(guò),由于重力變化極細微,有時(shí)甚至不超過(guò)平均值的百萬(wàn)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(méi)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(lài)進(jìn)口,且因技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運,進(jìn)口數量非常少,無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)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)穩定、位姿解算這些先進(jìn)技術(shù),嫁接給重力儀,讓它有了穩如泰山的座椅。

      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(gè)??罩亓x,可是個(gè)“優(yōu)等生”。它由中國航天科工三院33所耗時(shí)10年打造,首次參加海洋船載重力測量,就一鳴驚人——實(shí)驗精度優(yōu)于1mGal。這說(shuō)明,它能敏銳捕捉測量點(diǎn)上,地球重力百萬(wàn)分之一的細微差別。

      作為科技部重點(diǎn)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(kāi)展測量,不僅能在大風(fēng)干擾、大起伏飛行這樣非常不穩定的環(huán)境中精確測量重力,還實(shí)現了超長(cháng)待機,連續通電工作211天無(wú)故障。在基礎重力圖測量、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(shuō),下一步,他們還要升級這個(gè)??罩亓x,讓它精度更高、成本更低、更易攜帶,在神州大地發(fā)現更多寶藏。

      《光明日報》( 2022年11月27日?01版)

    ?

  • 【曬曬咱的國之重器36】“羲和號”:步入“探日”時(shí)代

      【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(wàn)物自由生長(cháng)的太陽(yáng),也會(huì )有“發(fā)脾氣”的時(shí)候。

      1989年3月13日,加拿大魁北克地區發(fā)生大規模停電——持續12個(gè)小時(shí),數百萬(wàn)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(lái),太陽(yáng)爆發(fā)一次大風(fēng)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(jìn)而使魁北克地區的輸電線(xiàn)路嚴重過(guò)載,導致停電。

      這場(chǎng)停電,更加堅定了科學(xué)家們的決心——摸清太陽(yáng)的“脾氣”。因為,作為太陽(yáng)系的中心,它對地球和人類(lèi)的影響無(wú)處不在。

      我國首顆太陽(yáng)探測科學(xué)技術(shù)試驗衛星“羲和號”,正擔負著(zhù)這一使命。

      2021年10月14日,這顆以中國神話(huà)中太陽(yáng)女神羲和命名的探測衛星,開(kāi)始了逐日之旅。它運行于距地面517公里高度的太陽(yáng)同步軌道,24小時(shí)連續“盯著(zhù)”太陽(yáng)。由此,我國正式步入“探日”時(shí)代。

      10個(gè)月后,“羲和號”帶來(lái)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(shí)現空間太陽(yáng)Hɑ(氫阿爾法)波段光譜的掃描成像。

      Hɑ波段可不簡(jiǎn)單?!八翘?yáng)活動(dòng)在太陽(yáng)低層大氣中響應最強的譜線(xiàn),能夠直接反映太陽(yáng)爆發(fā)的源區特征。對其開(kāi)展探測,可大大提高我們對太陽(yáng)爆發(fā)物理機制的認知?!眹腋叻直媛蕦Φ赜^(guān)測系統總設計師兼副總指揮、國家航天局對地觀(guān)測與數據中心主任趙堅解釋。

      “羲和號”的主要工作就是探測Hɑ譜線(xiàn),它搭載的太陽(yáng)Hɑ成像光譜儀可對太陽(yáng)掃描“拍照”。掃描一次全日面只需46秒,獲得300多張照片,分別對應不同位置的太陽(yáng)圖像,相當于給太陽(yáng)低層大氣做CT掃描。分析掃描得到的精細的光譜數據,可以了解太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)大氣溫度、速度等物理量的變化,進(jìn)而建立太陽(yáng)爆發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸的完整物理模型。

      作為一名“攝影師”,想拍得更清晰,相機必須拿得穩。

      要在相距1.5億公里的地方給太陽(yáng)“拍照”,一次微小的振動(dòng),都會(huì )讓成像效果大打折扣。但是,這難不倒“羲和號”。

      我們平時(shí)拍照或攝像時(shí),為了防止抖動(dòng),會(huì )給相機或攝像機裝上穩定器?!棒撕吞枴辈捎昧朔墙佑|式磁浮衛星平臺,就像給相機裝上了穩定器,任它“風(fēng)吹雨打”,我自巋然不動(dòng)!

      不過(guò),“羲和號”可有得忙了。

      太陽(yáng)活動(dòng)存在周期性,大約11年一個(gè)周期,2021至2022年是人類(lèi)有紀錄以來(lái)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的開(kāi)始。也就是說(shuō),又到了太陽(yáng)“愛(ài)發(fā)脾氣”的時(shí)候。太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)活動(dòng),不僅會(huì )顯著(zhù)影響地球電磁環(huán)境,還可能干擾通信和導航、威脅航天員的健康,甚至毀壞航天器。

      “羲和號”適逢其時(shí),毫不懈怠。目前,它每天都在按計劃給太陽(yáng)“拍照”,已觀(guān)測到近百個(gè)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)。相關(guān)研究正在進(jìn)行,將助力我們更好地搞清楚太陽(yáng)的“脾氣”,從而提出對策措施。

      “我國作為航天大國,及時(shí)開(kāi)展太陽(yáng)探測活動(dòng),十分必要,不能缺席?!壁w堅對“羲和號”充滿(mǎn)自信。

      希望,太陽(yáng)下次“發(fā)脾氣”時(shí),人類(lèi)應對會(huì )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】問(wèn)天實(shí)驗艙:探索太空奧妙的“全能型”實(shí)驗室

      【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(lái)航天器的到訪(fǎng)。

      那天,中國空間站問(wèn)天實(shí)驗艙“搭乘”長(cháng)征五號B遙三運載火箭一飛沖天,準確進(jìn)入預定軌道。隨后成功對接于天和核心艙組合體前向端口。

      這可是一個(gè)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(xiàn)列車(chē)的一節車(chē)廂?!焙教炜萍技瘓F五院?jiǎn)?wèn)天實(shí)驗艙總體系統主任設計師張嶠為它精準畫(huà)像。

      的確,它是全世界現役在軌最重的單艙主動(dòng)飛行器。包括工作艙、氣閘艙和資源艙三大艙段,總長(cháng)17.9米,直徑4.2米。

      可別看它塊頭大,這個(gè)“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(dòng)的“全能型”選手。

      論平臺功能,問(wèn)天實(shí)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(shuō):“這就好比天和核心艙‘想休息’了,問(wèn)天實(shí)驗艙能立刻頂上,‘帶你一起飛’!”

      論試驗載荷功能,問(wèn)天實(shí)驗艙裝載了多個(gè)實(shí)驗機柜與艙外載荷適配器,把一個(gè)個(gè)大型科學(xué)實(shí)驗室搬到了太空。由于空間站能夠提供長(cháng)期的微重力、輻射等特殊研究環(huán)境,科學(xué)家或將發(fā)現在地球上被重力掩蓋的物質(zhì)本質(zhì)規律。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(kāi)展大規??臻g科學(xué)實(shí)驗了!

      但太空中的科學(xué)實(shí)驗室可真不一般。作為中國空間站第二艙段的首個(gè)科學(xué)實(shí)驗艙,問(wèn)天實(shí)驗艙內有多個(gè)寬約1米、高1.8米、深0.8米的科學(xué)實(shí)驗柜,包括生命生態(tài)實(shí)驗柜、生物技術(shù)實(shí)驗柜、變重力科學(xué)實(shí)驗柜,還有科學(xué)手套箱、低溫存儲柜等。

      每一個(gè)科學(xué)實(shí)驗柜就是一個(gè)綜合實(shí)驗室?!熬拖喈斢诎训孛嫔蠑凳椒矫讓?shí)驗室的實(shí)驗設備高度集成到一個(gè)2立方米的實(shí)驗柜空間里?!陛d人航天工程空間應用系統副總設計師、中國科學(xué)院空間應用中心集成技術(shù)中心主任王珂說(shuō)。

      “未來(lái),問(wèn)天實(shí)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)與應用試驗等領(lǐng)域開(kāi)展研究,探索未知?!陛d人航天工程空間應用系統副總設計師、中國科學(xué)院空間應用中心研究員呂從民告訴記者。

      問(wèn)天實(shí)驗艙里還有一個(gè)“更衣間”,在外方內圓、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(shí)將更加從容、舒展。未來(lái),這里將成為整個(gè)空間站系統的主要出艙通道。

      與天和核心艙相似,問(wèn)天實(shí)驗艙外也搭載了一個(gè)機械臂。這個(gè)機械臂小巧且精度高,方便進(jìn)行精細操作,它還可以與核心艙大機械臂形成組合臂,開(kāi)展更多艙外操作。

      “屆時(shí),組合臂能夠在空間站的天和、問(wèn)天、夢(mèng)天三艙組合體之間爬行,‘機甲戰士’控制的艙外范圍更大了?!睆垗嘎?,未來(lái)10年,在空間站搭載的科學(xué)實(shí)驗載荷將通過(guò)機械臂精準投送到對應的標準載荷接口位置,這樣,就實(shí)現了“即插即用,不再需要航天員出艙進(jìn)行人工操作”。

      “全能型”的問(wèn)天實(shí)驗艙還有一個(gè)新使命——“太空新教室”,新的太空授課將在這里進(jìn)行。

      按照任務(wù)時(shí)間表,中國空間站的另一個(gè)20噸級的航天器——夢(mèng)天實(shí)驗艙將在今年10月?lián)駲C發(fā)射。到那時(shí),天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗艙、夢(mèng)天實(shí)驗艙三艙將形成“T”字基本構型,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(huì )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(dòng)。

      《光明日報》( 2022年09月01日?01版)

  • 【曬曬咱的國之重器33】太陽(yáng)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(kāi)電,出差時(shí)沒(méi)有移動(dòng)電源,手機都不敢撒開(kāi)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(shí)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(guān)察你會(huì )發(fā)現,飛行器翅膀上裝有許許多多深色玻璃的小鏡子,每一個(gè)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(yáng)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(fā)電量可抵得上一個(gè)家庭約一年的用電量!

      “如此大量的用電需求,需要依靠各個(gè)飛行器的太陽(yáng)電池陣齊發(fā)力?!敝袊娍铺?yáng)電池陣專(zhuān)家蘇彬介紹,根據每個(gè)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(yáng)電池陣。

      “比如,神舟系列載人飛船采用了第一代剛性太陽(yáng)電池陣技術(shù);天舟系列貨運飛船應用了第二代半剛性模塊化太陽(yáng)電池陣技術(shù);空間站核心艙則是我國首次應用第三代柔性太陽(yáng)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(gè)太陽(yáng)電池陣,宛如一座巨大的“能量加油站”,可以完全滿(mǎn)足空間站多系統的同時(shí)用電需求。

      目前最新一代的太陽(yáng)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(yáng)電池陣,這也是該技術(shù)在我國航天工程領(lǐng)域的首次應用。

      今年,隨著(zhù)正在開(kāi)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??伞按缤链缃稹钡暮诵呐?,如何實(shí)現“小馬拉大車(chē)”?

      最新的柔性太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)電池板設計成古代奏章那樣,在空間站發(fā)射階段,可以相互折疊收攏壓緊于收藏箱內,但光電轉換效率卻提高了近20%?!?/p>

      面積體積壓縮了,發(fā)電量會(huì )不會(huì )降低?

      “當然不會(huì )!”蘇彬表示,為確??臻g站在軌壽命,中國電科研制團隊持續開(kāi)展高壓柔性太陽(yáng)電池陣發(fā)電試驗,在完成8萬(wàn)余次高低溫循環(huán)試驗后,最終實(shí)現太陽(yáng)電池光電轉換效率突破30%,達到世界先進(jìn)水平。

      “相比之前載人航天任務(wù)最長(cháng)2年的設計壽命,現在空間站在軌的運行時(shí)間可延長(cháng)至15年?!碧K彬介紹,在天和、問(wèn)天、夢(mèng)天三艙組合后,柔性太陽(yáng)電池陣總發(fā)電面積接近400平方米,總共可提供超過(guò)100千瓦的電能。

      不過(guò),想要電能源源不斷,還得防御復雜太空環(huán)境的危險——

      每天在軌飛行的太陽(yáng)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(huì )使材料變脆變暗的強紫外線(xiàn)照射等。

      怎么辦?“我們在太陽(yáng)電池片上設計了石英蓋片,用于減少對太陽(yáng)光的反射,濾去有害的紫外線(xiàn),同時(shí)提高太陽(yáng)電池耐受空間帶電粒子輻射損傷的能力,減少太陽(yáng)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(guò)了大劑量的原子氧、高低溫、紫外線(xiàn)等環(huán)境考核試驗。

      現在,我們的巨能太空發(fā)電站,在平均光電轉換效率、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雜的供電環(huán)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(guān)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(xué)城。

      群山環(huán)繞中,一個(gè)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(chēng)為“放大鏡”的高能同步輻射光源(High?Energy?Photon?Source,簡(jiǎn)稱(chēng)HEPS)。

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

      其實(shí)不然。這里的“高能”可不是“前方高能”里的那個(gè)“高能”,而是指物理學(xué)中探索微觀(guān)世界物質(zhì)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(gè)放大鏡,設計寓意為“探索微觀(guān)世界的利器”?!巴ㄋ椎刂v,你可以把HEPS視為一個(gè)具有超精密、超快、超穿透能力的巨型X光機?!迸诵l民說(shuō)。

      作為國家“十三五”重大科技基礎設施,HEPS由加速器、光束線(xiàn)站及配套設施等組成,總建筑面積約12.5萬(wàn)平方米。周長(cháng)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(zhù)2400多塊磁鐵及各類(lèi)高精尖設備。

      “同步輻射是指接近光速的帶電粒子在做曲線(xiàn)運動(dòng)時(shí)沿切線(xiàn)方向發(fā)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(guò)程,科研人員需要借助強力的科研裝置進(jìn)行探測解析?!敝锌圃焊吣芪锢硌芯克彼L(cháng)、HEPS工程常務(wù)副總指揮董宇輝研究員說(shuō),作為研究物質(zhì)內部結構的平臺,HEPS能對物質(zhì)內部進(jìn)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(xiàn)?!?/p>

      產(chǎn)生X射線(xiàn)的常見(jiàn)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(xiàn);二是在同步輻射裝置中,當電子以接近光速的速度“飛行”時(shí),會(huì )在磁場(chǎng)作用下發(fā)生曲線(xiàn)運動(dòng),沿著(zhù)彎轉軌道切線(xiàn)方向發(fā)射連續的電磁輻射。

      “這就像下雨時(shí),我們快速轉動(dòng)雨傘,沿著(zhù)雨傘邊緣的切線(xiàn)方向會(huì )飛出一簇簇水珠?!倍钶x說(shuō),與常規X射線(xiàn)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(guān)結構及演變的多維度、實(shí)時(shí)、原位表征,可用于航空發(fā)動(dòng)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(zhì)分子結構演變表征等?!白鳛樘綔y物質(zhì)結構的探針,X射線(xiàn)的光源亮度是最為關(guān)鍵的指標——更高的亮度能將物質(zhì)內部的微觀(guān)結構‘看’得更清楚。因此,獲得更高亮度的X射線(xiàn)源一直是科學(xué)家孜孜以求的目標?!?/p>

      多年來(lái),我國持續發(fā)展同步輻射光源,有力支撐了國內基礎科學(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,能區地域分布、光譜亮度等還滿(mǎn)足不了經(jīng)濟發(fā)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(kāi)始對我國建設HEPS的必要性和可行性進(jìn)行論證。此后經(jīng)過(guò)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),具備了建設先進(jìn)高能同步輻射光源的能力。

      2019年6月,HEPS開(kāi)工啟動(dòng),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(xué)、化學(xué)工程、能源環(huán)境、生物醫學(xué)、航空航天等眾多領(lǐng)域大顯身手。

      2021年6月28日,HEPS首套科研設備——電子槍?zhuān)ㄖ本€(xiàn)加速器端頭,即加速電子產(chǎn)生的源頭)安裝完成,標志著(zhù)HEPS工程正式進(jìn)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(jiàn),3年后,全球“最亮”的光源將照亮微觀(guān)世界物質(zhì)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(chǎng)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(méi)有陽(yáng)光、雨水和土壤,能種出糧食來(lái)嗎?

      農業(yè)科學(xué)家說(shuō):“能,而且長(cháng)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(zhù)紅紫色柔光的玻璃小屋格外亮眼。

      這可是一座植物工廠(chǎng)。四層栽培架上,一排排水稻青苗齊整整扎在特殊的營(yíng)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(cháng)周期整整短了一半!

      這好比“坐火箭”的速度從何而來(lái)?

      原來(lái),植物生長(cháng)依賴(lài)光合作用,在不同的生長(cháng)階段,所需的光、溫、水、氣、肥等參數各有不同。在這座植物工廠(chǎng)里,科學(xué)家摸透了水稻的脾氣,只消精準模擬自然環(huán)境,把各項參數調節到最理想的狀態(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(kāi)花,加速結果,稻子“早熟”也就夢(mèng)想成真了。

      科學(xué)家說(shuō),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。中國農業(yè)科學(xué)院都市農業(yè)研究所植物工廠(chǎng)創(chuàng )新團隊首席科學(xué)家楊其長(cháng)介紹,陽(yáng)光中包含著(zhù)赤橙黃綠青藍紫7種可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)等光譜,其中的紅、藍光對植物光合作用促進(jìn)最大,其他光譜也對植物的開(kāi)花、結實(shí)和色素形成具有獨特功能。

      但日常照明光和植物生長(cháng)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(cháng)勢不行”,不斷摸索下,楊其長(cháng)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(yáng)光成為可能。

      營(yíng)養液代替泥土,無(wú)須擔心蟲(chóng)害,不用噴灑農藥……多種“黑科技”加持下,兩個(gè)月就成熟的水稻一年能收獲6茬。品質(zhì)怎樣呢?“實(shí)驗已證明,這樣種出來(lái)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(cháng)說(shuō)。

      不過(guò),給水稻“吃小灶”、縮短它們生長(cháng)周期的意義可不僅在于增加產(chǎn)量,在育種專(zhuān)家眼中,這座植物工廠(chǎng)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?!敝袊茖W(xué)院院士錢(qián)前說(shuō),傳統的水稻育種周期長(cháng),一年頂多能繁育2至3代,育成一個(gè)新品種往往要幾年甚至幾十年時(shí)間。但依靠植物工廠(chǎng),這一時(shí)空瓶頸就能被打破,從而實(shí)現“快速育種”。

      不僅如此,植物工廠(chǎng)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(shí)驗樓或育種單位附近,一年四季均可進(jìn)行加代育種,將大大節省育種工作者的時(shí)間。

      楊其長(cháng)說(shuō),未來(lái),這座植物工廠(chǎng)水稻育種加速器有望實(shí)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(chǎng),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(shí)上,智能植物工廠(chǎng)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。

      現在,我國已是植物工廠(chǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的國家,擁有規模以上植物工廠(chǎng)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(cháng)看來(lái),為育種加速,僅僅是植物工廠(chǎng)顛覆傳統農作方式的一種可能,不久的將來(lái),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(gè)適宜農作物生長(cháng)的環(huán)境,植物工廠(chǎng)將大有可為——“它代表著(zhù)未來(lái)農業(yè)的發(fā)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(lǐng)跑”

      【曬曬咱的國之重器30】

      光明日報記者 張蕾

      “東方紅,太陽(yáng)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(fā)射,它不僅開(kāi)創(chuàng )了中國航天的新紀元,還把“太空‘聽(tīng)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(shí)現從無(wú)到有、從弱到強的跨越式發(fā)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(fā)射場(chǎng),實(shí)踐二十號衛星隨長(cháng)征五號運載火箭發(fā)射升空。

      2020年1月5日,衛星成功定點(diǎn)于東經(jīng)105.5。,幾個(gè)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(jiǎn)稱(chēng)東五平臺)研制成功了!

      衛星公用平臺有啥過(guò)人之處?

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

      如此一來(lái),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(jīng)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(shí)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(cháng)的太陽(yáng)翼。而且,為適應多種載荷及擴展需求,實(shí)踐二十號放棄了傳統的承力筒式結構,創(chuàng )新性地采用桁架結構技術(shù),有效提升了平臺的承載能力和適應性。

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

      中國航天科技集團五院總工程師、實(shí)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(shuō),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(mǎn)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(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)域少有的多適應性平臺。

      “在助力國民經(jīng)濟發(fā)展、給人民生活帶來(lái)更多便利的同時(shí),東五平臺也能在技術(shù)推動(dòng)、商業(yè)航天市場(chǎng)拓展等領(lǐng)域擁有更大作為?!敝袊教炜萍技瘓F五院實(shí)踐二十號衛星產(chǎn)保經(jīng)理郝燕艷肯定地說(shuō)。

      《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(tài)牧場(chǎng):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(cháng)島,水天一色。

      站在長(cháng)島岸邊,遠遠望去,海面上均勻分布著(zhù)一座座“微型牧場(chǎng)”——這些長(cháng)、寬各70米的海面平臺,容納水體達7萬(wàn)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(yú)群穿梭涌動(dòng),生機無(wú)限。平臺周?chē)?,一條條海參捕撈船在繁忙作業(yè),收獲滿(mǎn)滿(mǎn)。

      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(chǎng)建設的排頭兵,山東省煙臺市正在規劃建設未來(lái)海洋牧場(chǎng)之城,深海智能網(wǎng)箱是該市實(shí)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(wàn)尾魚(yú)完全實(shí)現了自動(dòng)化、智能化養殖。煙臺中集藍海洋科技有限公司總經(jīng)理郭福元說(shuō):“首批‘經(jīng)海系列’深水智能網(wǎng)箱里的許氏平鲉、花鱸已開(kāi)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(mǎn)負荷,海洋能不能成為新“糧倉”?又該如何在利用的同時(shí),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:“牧養互動(dòng)是實(shí)現海洋農牧化的重要途徑,從立體開(kāi)發(fā)角度出發(fā),水面的深海智能網(wǎng)箱是實(shí)現工業(yè)化生態(tài)養殖和智能化監測的重要載體,水下的海洋牧場(chǎng)是實(shí)現環(huán)境保護、資源養護和漁業(yè)持續產(chǎn)出三大功能的藍色糧倉?!?/p>

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

      我國科研人員潛心研究、自主攻關(guān)。正如“十三五”國家重點(diǎn)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(shuō):“在‘藍色糧倉科技創(chuàng )新’專(zhuān)項的支持下,我國海洋牧場(chǎng)實(shí)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(tài)化和信息化為特征的2.0階段的重大轉變?!?/p>

      如今,153個(gè)國家級海洋牧場(chǎng)示范區順利獲批建設,我國海洋生態(tài)牧場(chǎng)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(shù),完成了海洋牧場(chǎng)生境從局部修復到系統構建的跨越;“因種而異”,突破了關(guān)鍵物種資源修復技術(shù),實(shí)現了生物資源從生產(chǎn)型修復到生態(tài)型修復的跨越;“因數而為”,突破了環(huán)境與生物資源遠程實(shí)時(shí)監測和預警預報技術(shù),實(shí)現了海洋牧場(chǎng)從單因子監測評價(jià)到綜合預警預報的跨越。

      從近淺海走向深遠海并不是終點(diǎn),全域型生態(tài)牧場(chǎng)建設的3.0階段正在開(kāi)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(shuō):“從大農業(yè)觀(guān)和大食物觀(guān)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(shí)現耕海牧漁,是我們幾代人的夢(mèng)想?!?/p>

      現在,“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題“海洋牧場(chǎng)智能管控與少人化精準協(xié)同作業(yè)應用示范”正在進(jìn)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(shù),提升海洋牧場(chǎng)智能管控與少人化精準協(xié)同作業(yè)水平,構建科學(xué)選址—規劃布局—生境修復—資源養護—安全保障—融合發(fā)展全產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈條,實(shí)現海洋牧場(chǎng)構建原理、技術(shù)、裝備、模式等自主創(chuàng )新,拓展牧場(chǎng)建設新空間,打造“北斗+海洋牧場(chǎng)”的全域型海洋生態(tài)牧場(chǎng)。

      走向深藍的號角已經(jīng)吹響,全域型海洋生態(tài)牧場(chǎng)的畫(huà)卷已經(jīng)展開(kāi)。未來(lái)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(shuō)起“天宮課堂”,大家不會(huì )陌生——花形折紙在水膜里的緩緩“盛開(kāi)”、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(dòng)……傳道授業(yè)“天上來(lái)”,這場(chǎng)長(cháng)時(shí)間的天地“視頻通話(huà)”是怎樣實(shí)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(zhuān)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(wǎng),與架設在太空中、距地球3.6萬(wàn)公里的中繼衛星組網(wǎng)運行?!疤鞂m課堂”的圖像和聲音,就是由測控站收下來(lái),“送”到我們眼前的。

      聲像傳輸只是“開(kāi)胃菜”,航天測控系統的神功可大著(zhù)呢!

      比如,已成功落火并持續開(kāi)展探測活動(dòng)的火星探測器“天問(wèn)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(dòng)作。

      這穿越天地間的“令”和“行”,都要靠航天測控系統來(lái)支撐,而整個(gè)過(guò)程就像“打電話(huà)”。

      再以神舟十三號載人飛船為例。地面測控站通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波,發(fā)出“你在哪”的“問(wèn)詢(xún)”,神舟十三號通過(guò)接收機接收到這個(gè)信號,并通過(guò)應答機以無(wú)線(xiàn)電波的形式,向地面測控站進(jìn)行反饋。通過(guò)無(wú)數次這樣的問(wèn)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,并指導它完成飛行、變軌、對接等一系列動(dòng)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(guān),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年在新疆喀什地區完成了4副35米口徑天線(xiàn)組陣深空測控系統的建設,建成亞洲最大70米口徑全可動(dòng)天線(xiàn)。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(shí)現了宇宙深空探測器遙感數據接收和射電天文觀(guān)測科學(xué)研究,極大助力“天問(wèn)一號”科學(xué)數據的接收。

      要知道,在執行任務(wù)的過(guò)程中,每一個(gè)測控站都不是單獨行動(dòng)。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(wú)死角捕獲飛行器的位置和狀態(tài)??梢哉f(shuō),這是一場(chǎng)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(wù)時(shí),技術(shù)專(zhuān)家就要分赴海內外,在測控站外場(chǎng)長(cháng)時(shí)間駐守,對設備進(jìn)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(zhù)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(kāi)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(lái)說(shuō),時(shí)間就是晝夜交替。對于今天的科學(xué)家而言,時(shí)間是原子的“跳動(dòng)”。

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

      時(shí)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(gè)人生活的全球衛星導航系統來(lái)說(shuō),精密時(shí)間測量發(fā)揮了重要作用。導航系統需要多顆導航衛星組網(wǎng)運行,每顆衛星上都放置有特殊的高準確度的鐘,將時(shí)間發(fā)送到地面??蒲腥藛T根據接收到不同衛星信號的時(shí)間差和坐標,計算出地面的具體位置。在這個(gè)過(guò)程中,時(shí)間越精確,時(shí)間差的測量誤差就越小,定位的準度就越高。

      中國計量院時(shí)間頻率研究所所長(cháng)房芳告訴記者,高精度的時(shí)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(zhù)不可替代的作用。

      不過(guò),要實(shí)現高精度的時(shí)間測量,并不容易。在很長(cháng)的歷史里,人類(lèi)計時(shí)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(cháng)。天文秒取決于地球運動(dòng)的周期,會(huì )隨地球運動(dòng)速率的變化而變化,不夠穩定,這自然也會(huì )影響其準確度。

      隨著(zhù)量子物理的發(fā)展,科學(xué)家發(fā)現某些量子現象的穩定性遠遠優(yōu)于天文現象,非常適合作為時(shí)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(wàn)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(wàn)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(xué)頻率比微波頻率更穩定,穩定度提高后,準確度也相應會(huì )提高,因此其準確度可以高幾個(gè)量級?!狈糠冀忉?zhuān)@種基于光學(xué)頻率的原子鐘又被稱(chēng)為光鐘。

      中國計量院從2005年開(kāi)始自主研制鍶原子光晶格鐘,并不斷改進(jìn),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(lái)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(lái)進(jìn)一步修改秒的定義的方案,使時(shí)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(jìn)一步修改秒定義提供了現實(shí)可能性。

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

      光鐘還可以用來(lái)探測引力波。引力波出現時(shí)會(huì )改變引力勢,而引力勢會(huì )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(fā)現暗物質(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(shí)現更精準的時(shí)間測量而不舍晝夜地工作著(zhù)。

      《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(chǎn)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(shí)許,上海浦東國際機場(chǎng),世界的目光聚焦于此。

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

      15時(shí)19分,伴隨著(zhù)飛機發(fā)動(dòng)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(zhù)的客機舒展雙翼,穩穩地降落在上海浦東國際機場(chǎng)第四跑道上。

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

      歷經(jīng)多年設計研發(fā),國產(chǎn)中程干線(xiàn)客機終于破繭成蝶,翱翔藍天。

      從此,萬(wàn)里碧空,多了一款屬于中國的完全按照世界先進(jìn)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(chēng)是“COMAC919”(飛機主制造商中國商飛公司的英文名稱(chēng)簡(jiǎn)寫(xiě))?!癈”是“COMAC”的第一個(gè)字母,也是中國的英文名稱(chēng)“CHINA”的首字母;第一個(gè)“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(lái),就代表著(zhù)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(gè)春秋,中國人的“大飛機夢(mèng)”終于成真。

      飛機設計有多難?在“運十”飛機副總設計師程不時(shí)看來(lái),研制飛機,就猶如譜寫(xiě)一首自己的歌。而C919并非循著(zhù)前人的曲子填詞,而是重新根據需求創(chuàng )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(guò)了7個(gè)年頭。2000多份機翼圖紙,機頭、機身、機翼、翼吊發(fā)動(dòng)機等一體化設計,近200項專(zhuān)利申請,擁有完全自主知識產(chǎn)權的干線(xiàn)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(chuàng )新型國家的一個(gè)標志性工程,也是一個(gè)國家裝備制造業(yè)的標志?!敝袊こ淘涸菏?、C919大型客機首飛放飛評審會(huì )評審委員會(huì )主任張彥仲說(shuō),“C919大飛機的研制,不僅僅是一個(gè)飛機本身,它可以帶動(dòng)材料、裝備制造、電子系統、信息等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?!?/p>

      的確,在C919研制過(guò)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(dòng)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(gè)大類(lèi)、20個(gè)專(zhuān)業(yè)、6000多項民用飛機技術(shù),C919的設計研制,帶動(dòng)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(lèi)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(jìn)的氣動(dòng)設計,氣動(dòng)阻力比同類(lèi)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計,確保了安全性”;

      “與同類(lèi)型150座級飛機相比,經(jīng)濟性能更好,因采用了先進(jìn)的動(dòng)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(chuàng )造了一個(gè)大時(shí)代?!敝袊裼蔑w機設計專(zhuān)家、中國商飛公司專(zhuān)家咨詢(xún)組成員吳興世說(shuō)。完成立項論證、可行性論證、預發(fā)展階段工作,轉入工程發(fā)展階段,C919,正迎來(lái)蓬勃發(fā)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(wàn)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(wàn)米海底的“中國魚(yú)”。

      身長(cháng)3.8米,橘色的魚(yú)背、黃色的魚(yú)腹,一雙大眼睛明亮有神!

      要問(wèn)它是誰(shuí)?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(chēng)作“海斗深淵”,是人類(lèi)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(tài)環(huán)境如何?藏著(zhù)哪些資源……探知這些問(wèn)題,絕不僅僅是為了滿(mǎn)足人類(lèi)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(xiě)道:“以深淵進(jìn)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(huì )增加一個(gè)大氣壓。這意味著(zhù),在萬(wàn)米海底,一個(gè)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(diǎn)研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專(zhuān)項的支持下,中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所聯(lián)合國內十余家科研單位,用近4年的時(shí)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(mǎn)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)權的全海深電動(dòng)機械手,能抓取、能布放、能采樣;

      它還能“看”——通過(guò)高清攝像系統等設備,人類(lèi)終于可以看清海斗深淵的真實(shí)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(zhù)一次次被打破的無(wú)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(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(wàn)米海底工作的航時(shí)、航程以及連續坐底工作時(shí)間等多項技術(shù)指標取得重要突破,首次在國際上實(shí)現對馬里亞納海溝挑戰者深淵西部凹陷區進(jìn)行大范圍、全覆蓋巡航探測。

      中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所副所長(cháng)李碩說(shuō):“‘海斗一號’連續萬(wàn)米深潛與科考應用的成功,標志著(zhù)我國無(wú)人潛水器技術(shù)與裝備進(jìn)入全海深探測與作業(yè)應用的新階段,標志著(zhù)我國在全海深無(wú)人潛水器領(lǐng)域邁向國際領(lǐng)先水平?!?/p>

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

      “海斗一號”的故事還將繼續,未來(lái)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(zhì)資源庫

      【曬曬咱的國之重器24】

      光明日報記者 楊 舒

      清明一過(guò),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(kāi)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(gè)翼城只有他家還在種,卻讓第三次全國農作物種質(zhì)資源普查的科研人員如獲至寶。

      “這是一個(gè)珍貴的地方品種,至少有100年歷史。經(jīng)過(guò)鑒定,爆米花率達到99%以上,粒粒都能爆開(kāi),品相優(yōu)于當前主流品種,極具開(kāi)發(fā)價(jià)值,能夠保留下來(lái)是非常小概率的事件!”中國科學(xué)院院士錢(qián)前說(shuō)。

      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(zhì)資源庫新庫在中國農業(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(lèi)珍貴的農作物種子等品種資源150萬(wàn)份,貯藏壽命最長(cháng)可達50年,作為保障糧食安全的戰略資源,堪稱(chēng)種子的“諾亞方舟”。

      小小種子,為什么要精心保護?

      1954年,孢囊線(xiàn)蟲(chóng)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)得以復蘇。

      高產(chǎn)、抗病、抗旱、耐鹽堿……多種多樣的農作物種子蘊含著(zhù)巨量的遺傳基因,成為培育農作物新種的堅實(shí)“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)資源庫應運而生。

      但一份種子想要入庫,可不是件容易事。

      每一個(gè)品種都要先經(jīng)田間種植“考驗”2到3年,在確認其特點(diǎn)與庫內種存在顯著(zhù)差異后,才可被“收編”。入庫后的種子,又要經(jīng)過(guò)仔細“體檢”,通過(guò)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%的農作物種子將就此“沉睡”,壽命可從1~2年延長(cháng)到數十年,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,在試管中可一待數月;在超低溫庫,-196℃的液氮則能讓作物組織迅速進(jìn)入冷凍休眠,就像給生長(cháng)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(zhù)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(jué)識別功能的機器人滾筒輸送線(xiàn)實(shí)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(lái)相助,讓科研人員“穿著(zhù)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(lái),我國先后啟動(dòng)了三次全國性的農作物種質(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(jìn)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(shuí)能想到,如今,我國國家農作物種質(zhì)資源庫已保存種質(zhì)資源總量突破52萬(wàn)份,位居世界第二。而其中約28萬(wàn)份資源已經(jīng)在野外、農業(yè)生產(chǎn)上消失或絕種,庫中所藏,已是“絕版”。

      在錢(qián)前看來(lái),國家農作物種質(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(yíng)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(guò)雜交、分子設計等手段,將優(yōu)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(shí)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(gè)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(zhù)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(shí)驗室。

      科研人員每時(shí)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(méi)有被“看見(jiàn)”,卻在物質(zhì)起源和宇宙演化過(guò)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(lèi)礙于有限的理解和觀(guān)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(guān)測數據表明,暗物質(zhì)約占整個(gè)宇宙物質(zhì)質(zhì)量的85%。但,它看不見(jiàn)、摸不著(zhù),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(lái),國際上相繼開(kāi)展了20多個(gè)探測實(shí)驗。人們相信:誰(shuí)先揭開(kāi)它的面紗,誰(shuí)就將促成人類(lèi)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(lèi):“上天”指間接探測實(shí)驗,為減少地球大氣層的干擾,通常在太空進(jìn)行;“入地”指直接探測實(shí)驗,為減少宇宙線(xiàn)的干擾,通常在地下實(shí)驗室進(jìn)行;“人造暗物質(zhì)”指加速器實(shí)驗,即通過(guò)普通粒子的對撞來(lái)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(jìn)行。

      中國錦屏地下實(shí)驗室開(kāi)展的研究就屬于“入地”。

      在這里,2400米的巖石隧道就像一個(gè)暗室,牢牢地把宇宙射線(xiàn)的噪聲擋住。與國際上其他地下實(shí)驗室相比,這里巖石覆蓋最深,宇宙線(xiàn)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(shí)驗室”揭牌并投入使用,標志著(zhù)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(pán)古計劃(CDEX)高純鍺暗物質(zhì)實(shí)驗和上海交通大學(xué)牽頭的熊貓計劃(PandaX)液氙暗物質(zhì)實(shí)驗項目入駐。

      “類(lèi)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(shí)驗負責人岳騫介紹,在這個(gè)極度安靜的實(shí)驗室里,兩支團隊所放置的探測器中的靶粒子會(huì )和暗物質(zhì)“相撞”,并從它們身上得到一點(diǎn)能量,而這個(gè)能量可以變成電離信號也可以變成熱振動(dòng)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都記錄下來(lái),從中統計規律,再利用這些蛛絲馬跡一點(diǎn)點(diǎn)拼湊出暗物質(zhì)的信息。

      事實(shí)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(shí)驗室一期里,每一個(gè)實(shí)驗環(huán)節的精心設計,每一位科研人員的分秒必爭,都向著(zhù)兩個(gè)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(gè)暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗結果。2014年,給出點(diǎn)電極高純鍺暗物質(zhì)探測方面國際最靈敏實(shí)驗結果,這一結果利用相同探測技術(shù),確定性地排除了美國CoGeNT實(shí)驗組給出的暗物質(zhì)存在區域。近兩年,雖然在中國錦屏地下實(shí)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(shí)驗設施”還在緊鑼密鼓的建設過(guò)程中,但兩個(gè)實(shí)驗組持續取得新突破,在暗物質(zhì)年度調制、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(jìn)成果,保持國際“并跑”。

      眼下,正在建設的二期實(shí)驗空間將增加到30萬(wàn)立方米。更多科研團隊正摩拳擦掌,等待進(jìn)入擴建后的這個(gè)極深地下實(shí)驗空間。

      暗黑世界,只為那一眼“看見(jiàn)”!在這條路上,每一點(diǎn)執著(zhù)堅持后的發(fā)現都將使人類(lèi)對物質(zhì)世界的認識更進(jìn)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)

  • 【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(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(huì )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(huì )放下?lián)?,給它一個(gè)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(shí)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(fēng),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(chuàng )新性采用“能動(dòng)與非能動(dòng)相結合”設計理念,以非能動(dòng)安全系統作為高效、成熟、可靠的能動(dòng)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(shuō)‘華龍一號’具有目前人類(lèi)對核電最高級別的安全防護,能夠確保我們不會(huì )發(fā)生類(lèi)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(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(lái)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(gè)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,不受季節和地域限制。

      “200億度,還相當于每年減少標準煤消耗624萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放1632萬(wàn)噸,相當于植樹(shù)造林1.4億棵,對實(shí)現我國雙碳目標意義重大?!毙侠^說(shuō)。

      要知道,設計建造核電站可不是個(gè)簡(jiǎn)單的事。這樣一個(gè)極其復雜的超級工程,涵蓋上千個(gè)系統,僅設計圖紙就超十萬(wàn)張,每更改一個(gè)數據,就意味著(zhù)需要重新進(jìn)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(chuàng )造了建設工期的世界紀錄——以68個(gè)月的最短周期,打破“首堆必拖”的魔咒,成為全球首個(gè)按期投產(chǎn)的三代核電首堆。

      “華龍一號”能按期推進(jìn),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(shuō)是革命性的,沒(méi)有任何現成的經(jīng)驗可以借鑒,怎么辦?”

      “對于設計上的改進(jìn),以前的整個(gè)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(wèn)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(guò)技術(shù)難關(guān)。

      “我們深信,為華龍拼命一點(diǎn)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(huì )說(shuō)話(huà),它會(huì )告訴你一個(gè)關(guān)于核電自主創(chuàng )新夢(mèng)想成真的傳奇故事。

      從過(guò)去建設核電站用的地板磚、水泥都要從國外進(jìn)口,到現在的三代核電“中國芯”“能動(dòng)+非能動(dòng)相結合”安全技術(shù)、綜合性熱工水力試驗平臺……716件國內專(zhuān)利、80件國外專(zhuān)利,覆蓋設計、制造、建設、調試等全部領(lǐng)域,只為核心關(guān)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(jīng)與巴基斯坦、阿根廷等60多個(gè)國家和地區達成合作進(jìn)展。而作為全球市場(chǎng)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(guān)——每出口1臺,就相當于出口30萬(wàn)輛汽車(chē),能拉動(dòng)裝備和設計超過(guò)百億元人民幣,全壽命周期超過(guò)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(fēng)云系列氣象衛星:遙看地球萬(wàn)千變幻

      【曬曬咱的國之重器21】

      光明日報見(jiàn)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(kāi)微信,啟動(dòng)頁(yè)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(cháng)焦特寫(xiě),出自目前最牛的靜止軌道“地球攝影師”——風(fēng)云四號A星。

      “風(fēng)云”這個(gè)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(kāi)始研制起,風(fēng)云系列氣象衛星從零起步、發(fā)展迅速,最終助力我國成為世界上少數同時(shí)擁有極軌和靜止軌道氣象衛星的國家之一。

      而風(fēng)云家族可是個(gè)大家族。

      截至目前,我國已成功發(fā)射“兩代四型”共19顆風(fēng)云氣象衛星。其中,風(fēng)云一號和風(fēng)云三號屬于極軌衛星,它們通過(guò)南北兩極圍繞地球飛行,能夠進(jìn)行全球觀(guān)測;風(fēng)云二號和風(fēng)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(jìn)行氣象探測。

      天氣預報、氣候預報、災害監測、科學(xué)研究,在眾多重要領(lǐng)域,風(fēng)云家族成員個(gè)個(gè)身手不凡,業(yè)務(wù)覆蓋近百個(gè)行業(yè),能持續為全球118個(gè)國家和地區提供數據產(chǎn)品和服務(wù),難怪被稱(chēng)為“百姓星”“中國星”。

      風(fēng)云家族的每個(gè)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(huì )提供精準氣象預報;兩個(gè)半月后,陜西“十四運”開(kāi)幕式結束10分鐘后大雨如注……中國航天科技集團八院風(fēng)云四號氣象衛星產(chǎn)品保證經(jīng)理陳曉杰說(shuō):“這些‘分鐘級’的氣象保障服務(wù)都有賴(lài)于2021年6月3日發(fā)射的風(fēng)云四號B星,它搭載的快速成像儀衛星載荷可以實(shí)現1分鐘間隔250米分辨率的高時(shí)空觀(guān)測,能為精細化監測以及人影作業(yè)的準確實(shí)施提供有力支撐?!?/p>

      參加“十四運”氣象服務(wù)的還有被稱(chēng)為“黎明星”的風(fēng)云三號E星:它在晨昏時(shí)間進(jìn)行觀(guān)測,可彌補全球數值天氣預報6小時(shí)同化窗口內衛星觀(guān)測資料的空白,有效提高天氣預報的精度和時(shí)效;它搭載的微光觀(guān)測設備,在光線(xiàn)不足的情況下也可“看得清”地球上的風(fēng)起云涌;它攜帶的太陽(yáng)全能譜觀(guān)測儀,可實(shí)現對日冕層的全能譜觀(guān)測,這是對地球環(huán)境影響最直接的太陽(yáng)外部結構,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(shuō)說(shuō)微信啟動(dòng)畫(huà)面的“拍攝者”——風(fēng)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(shí)現垂直探測儀器和成像觀(guān)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(chēng)為中國氣象衛星界的“實(shí)力擔當”。

      風(fēng)云家族的未來(lái)可宏大呢!

      據悉,2035年前,我國將建成第三代風(fēng)云氣象衛星綜合觀(guān)測體系,實(shí)現星地—星間協(xié)同智慧觀(guān)測,全球觀(guān)測數據獲取和處理時(shí)效將達到1小時(shí)以?xún)??!暗谌鷼庀笮l星將實(shí)現精準預報,滿(mǎn)足全要素、精細化氣象觀(guān)測需求,在氣象預報、氣候預測、大氣化學(xué)、生態(tài)環(huán)境監測以及防災減災等應用領(lǐng)域起到主導作用?!敝袊教炜萍技瘓F八院風(fēng)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(wàn)千,且看“風(fēng)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(huì )是什么感覺(jué)?

      曾經(jīng),這是牧民巴都瑪拉最艱巨的任務(wù)——每天騎著(zhù)摩托車(chē)在沙漠里漫無(wú)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(guò)手機可以遠程實(shí)時(shí)掌握駱駝群的位置和移動(dòng)速度?!斑^(guò)去找駱駝每天要跑幾十里地甚至更遠,現在有了這個(gè)寶貝,找駱駝輕松了,不用在沙漠中奔波受苦?!卑投棘斃_(kāi)心地說(shuō)。

      巴都瑪拉口中的這個(gè)寶貝,正是北斗,全稱(chēng)為“北斗衛星導航系統”。

      中國人對于“北斗”的信賴(lài)由來(lái)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)的衛星導航系統命名為“北斗”。

      2020年6月23日9時(shí)43分,北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛星在西昌衛星發(fā)射中心點(diǎn)火升空,約30分鐘后進(jìn)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(pán)“大棋局”。

      殊不知,為了這盤(pán)“大棋局”,數十載里,千軍萬(wàn)馬闖過(guò)了千難萬(wàn)險,付出了千辛萬(wàn)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(wù);2012年年底,建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務(wù);2020年中期,建成北斗三號系統,向全球提供服務(wù)?!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(wú)法建站的難題;衛星部件100%實(shí)現國產(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(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口、受制于人的局面……”

      更難能可貴的是,以自力更生為風(fēng)骨、自主創(chuàng )新為靈魂的北斗衛星導航系統,始終將服務(wù)全球、造福人類(lèi)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)能幫助農民起壟、播種、噴藥、收獲。還有我們日常生活中的時(shí)時(shí)處處:當你想找“小黃車(chē)”時(shí),當老人走失、驢友迷路時(shí);當然,還有民航、海事、全球搜救的關(guān)鍵時(shí)刻……自建成開(kāi)通以來(lái),北斗系統運行穩定且性能不斷提高,持續滿(mǎn)足著(zhù)全球用戶(hù)的需求,成為我國積極推動(dòng)構建人類(lèi)命運共同體的生動(dòng)案例。

      如今,北斗系統的規模應用已進(jìn)入市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化和國際化發(fā)展的關(guān)鍵階段?!澳壳?,全球一半以上的國家和地區都在使用北斗產(chǎn)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(cháng)風(fēng)說(shuō)。

      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(shí)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(zhì)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(yáng)同步軌道上,來(lái)自中國的“悟空”正在遨游。

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

      這只“孫猴子”到底在找什么?

      其實(shí),浩瀚的銀河系中,除了恒星、行星等這些我們肉眼可見(jiàn)的天體,還可能存在許多看不見(jiàn)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(guān)測下,猶如“隱身”。

      不過(guò),當一對暗物質(zhì)粒子偶然碰撞時(shí),可能會(huì )湮滅,并放出電子、正電子和伽馬射線(xiàn)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)粒子探測衛星首批伽馬光子科學(xué)數據向全球公開(kāi)。自2015年12月17日成功飛天,“悟空”一次次所發(fā)布的寶貴數據令世界矚目,推進(jìn)著(zhù)人類(lèi)對宇宙的進(jìn)一步認識。

      這只“孫猴子”到底長(cháng)什么樣?

      這顆由中國科學(xué)院研制生產(chǎn)的衛星,體積比一張辦公桌大不了多少,像一個(gè)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(wàn)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(cháng)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(jìn)行極為靈敏的測量。

      它的視力究竟要多強,才能稱(chēng)得上“火眼金睛”?

      據“悟空”號首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士常進(jìn)介紹,“悟空”號是世界上迄今為止觀(guān)測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間宇宙線(xiàn)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(gè)高能粒子,可以對GeV到數十TeV量級之間的電子、伽馬射線(xiàn)等宇宙線(xiàn)粒子進(jìn)行測量。

      這是什么概念?1GeV是10億電子伏特,1TeV是1000GeV,即1萬(wàn)億電子伏特。而人眼所能接收到最敏感的可見(jiàn)光能量,僅僅約為2電子伏特。

      飛行6年多,“悟空”號已經(jīng)完成全天區掃描超過(guò)11次,獲取了百億個(gè)高能宇宙射線(xiàn)事件。每天清晨和傍晚,這只“孫猴子”都會(huì )飛過(guò)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(zhù)“悟空”號傳回的數據,透過(guò)這些數據,暗物質(zhì)的面紗已陸續被揭開(kāi)……

      2021年5月,“悟空”號團隊繪出迄今最精確的高能氦核宇宙線(xiàn)能譜,并觀(guān)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(zhì)子宇宙線(xiàn)能譜后,第三次發(fā)布重要科學(xué)結果,標志著(zhù)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(kāi)暗物質(zhì)之謎,將是繼日心說(shuō)、萬(wàn)有引力定律、相對論及量子力學(xué)之后的又一次基礎科學(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(jiàn)嶄新的宇宙面貌,離逮住那“看不見(jiàn)摸不著(zhù)”的暗物質(zhì),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(shù)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(wú)窮”還是“談核色變”?中間只隔著(zhù)“安全”與“高效”兩個(gè)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(guò)三代核電自主化,我國正在實(shí)現對國際最高水平的趕超。

      山東榮成的冬天,寒風(fēng)凜冽,空氣濕冷。

      “國和一號”拼裝現場(chǎng),廖正友正在一項一項地進(jìn)行著(zhù)安全排查,不容放過(guò)任何一個(gè)細節。他是中國核工業(yè)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(dòng)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)權成果超過(guò)7600項,設備國產(chǎn)化率超過(guò)90%……這,就是“國和一號”的簡(jiǎn)歷。

      這份簡(jiǎn)歷的底紋,印著(zhù)四個(gè)大字——自主創(chuàng )新?!啊畤鸵惶枴蚱屏硕囗棽牧霞霸O備制造技術(shù)壟斷,主泵、爆破閥、壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內構件等關(guān)鍵設備材料全部實(shí)現自主化設計和國產(chǎn)化制造?!贝笮拖冗M(jìn)壓水堆核電站國家科技重大專(zhuān)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(yǔ)出豪邁。

      但是,有誰(shuí)知道,今天的這份豪邁緣自一個(gè)大門(mén)檻。

      根據以前與外方的合作協(xié)議,只有電功率超過(guò)135萬(wàn)千瓦,我國才能擁有三代非能動(dòng)核電的自主知識產(chǎn)權。

      135萬(wàn)千瓦,對非能動(dòng)安全和主要設備來(lái)說(shuō),就是那個(gè)大門(mén)檻?!斑@不是簡(jiǎn)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(shù),這個(gè)大門(mén)檻就邁不過(guò)去?!编嵜鞴庹f(shuō)。

      于是,從核電“大動(dòng)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(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(shí)、56個(gè)月、60年、900萬(wàn)噸、153.4萬(wàn)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(dòng)安全系統、事故后無(wú)須人工干預時(shí)間為72小時(shí),建造周期56個(gè)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(wàn)噸,單機組發(fā)電功率153.4萬(wàn)千瓦……

      還有一個(gè)數字你該了解: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(shí)說(shuō)話(huà)。

      先看“國和一號”最外層的混凝土屏蔽廠(chǎng)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(fēng)、海嘯來(lái)襲,商用大飛機撞擊,它都巋然不動(dòng)。

      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(gè)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(dòng)核電特殊標志的頂部“帽子”,實(shí)際上是一個(gè)大水箱,代表著(zhù)最關(guān)鍵的核安全設計理念——不依賴(lài)外在動(dòng)力源即可運行?!鞍寻踩到y的水箱放在高位,一旦發(fā)生事故時(shí),水會(huì )在重力作用下流到反應堆堆芯或安全殼表面,自動(dòng)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(jìn)核電技術(shù)“真經(jīng)”者,得清潔能源的未來(lái)!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)

  • 【曬曬咱的國之重器17】我國首顆全球二氧化碳監測科學(xué)實(shí)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(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測科學(xué)實(shí)驗衛星(碳衛星)取得的觀(guān)測數據,他們在分析計算全球碳匯和碳排放時(shí)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(yōu)勢和不足,以便優(yōu)化未來(lái)衛星的設計”。

      二氧化碳排放是地球變暖的元兇之一。誰(shuí)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(wèn)題,是政策制定的科學(xué)依據,也是全球氣候變化國際談判中的關(guān)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(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備。這一下子,標志著(zhù)我國在溫室氣體監測領(lǐng)域達到了先進(jìn)水平。

      有了觀(guān)測數據只是第一步,接下來(lái)是數據的反演——

      太陽(yáng)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(xué)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(huà),這些問(wèn)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(shí)時(shí)變化情況可以真實(shí)、客觀(guān)地反映出來(lái),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(wèn)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(jìn)了數據質(zhì)量和反演算法,將數據精度提升到1.5ppm,并獲得陸地生態(tài)系統日光誘導葉綠素熒光數據產(chǎn)品;2021年,獲取了中國“碳衛星”首個(gè)全球碳通量數據集。

      “這是一個(gè)里程碑式的結果,標志著(zhù)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(gè)具備該技術(shù)的國家?!睏顤|旭自豪地說(shuō),這顆“碳衛星”,讓我國科技工作者和相關(guān)部門(mén)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(shuō):“我們希望能與其他國家合作形成碳衛星‘虛擬星座’,聯(lián)合觀(guān)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(shí),我國新一代‘碳衛星’的設計與研發(fā)已經(jīng)提上日程。這將助力我國實(shí)現‘雙碳’目標,也體現了一個(gè)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(guò)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(gè)足球場(chǎng)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(mén)高度依賴(lài)觀(guān)測設備的科學(xué)。沒(méi)有觀(guān)測設備,只能開(kāi)展理論研究或者根據別人的資料進(jìn)行研究。

      現在好了!歷時(shí)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(jìn)入第一方隊?!敝袊茖W(xué)院院士、FAST科學(xué)委員會(huì )主任武向平說(shuō)。

      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(lèi)已久的宇宙奧秘,“中國天眼”可以發(fā)揮什么作用?

      來(lái)看看它的成績(jì)單吧!

      正式驗收兩年來(lái),已發(fā)現約500顆脈沖星,成為世界上發(fā)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(shuō),作為大質(zhì)量恒星死亡后的殘骸,脈沖星長(cháng)期以來(lái)都是天文和物理的前沿研究領(lǐng)域,對其發(fā)現和研究,是國際上大射電望遠鏡關(guān)鍵科學(xué)目標之一?!爸袊煅邸?,已經(jīng)成為世界上最強大的脈沖星搜尋利器!

      年觀(guān)測時(shí)長(cháng)超過(guò)5300小時(shí),已遠超國際同行預期的工作效率;基于觀(guān)測數據發(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(xiàn)測量星際磁場(chǎng)的重大進(jìn)展,人類(lèi)破解恒星誕生謎題又前進(jìn)了一步。

      按照科學(xué)目標和相關(guān)戰略規劃,“中國天眼”還確立了多個(gè)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(shí)、快速射電暴觀(guān)測等。

      科技創(chuàng )新離不開(kāi)國際合作和開(kāi)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(kāi)放的原則。從2021年3月31日向全球科學(xué)家開(kāi)放觀(guān)察申請至今,“中國天眼”已收到全球共7216小時(shí)的觀(guān)測申請,最終,14個(gè)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(dòng)。

      好消息不斷——“中國天眼”正在考慮拿出1%的觀(guān)測時(shí)間對全國中小學(xué)生開(kāi)放?!爸行W(xué)生可以提出好的科學(xué)想法,由專(zhuān)業(yè)天文學(xué)家幫助他們來(lái)實(shí)現?!蔽湎蚱秸f(shuō)。

      洞悉宇宙,全人類(lèi)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(xué)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(kāi)一條水道緩緩駛來(lái)。

      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(kāi)赴南極。自2019年7月交付使用以來(lái),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(zhù)無(wú)數科學(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(shí),沒(méi)有破冰船,僅靠普通船只開(kāi)啟了步履維艱的極地探索。

      9年后,我國從烏克蘭購買(mǎi)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”,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(shí)而生。

      它由自然資源部所屬中國極地研究中心組織實(shí)施建造。對標世界一流科考破冰船,“雪龍2”號船長(cháng)超過(guò)120米,船頭形似一個(gè)破冰的錘頭,可以每小時(shí)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(wàn)海里,在額定人員編制的情況下,中途不補給,最長(cháng)可以在海上連續活動(dòng)60天。

      讓全球嘖嘖稱(chēng)羨的是,“雪龍2”號有一把獨門(mén)絕活——雙向破冰。船頭、船尾不論是正向行駛,還是倒退時(shí)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(shí),可用船尾高速旋轉的螺旋槳把冰“削”碎,開(kāi)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(shí),都須冒著(zhù)墜海的風(fēng)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(gè)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”,使其在復雜的環(huán)境中也能實(shí)現自動(dòng)駕駛。先進(jìn)動(dòng)力定位系統的配置,更能令船體在狂風(fēng)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(lǐng)域的空白,更彰顯出我國船舶技術(shù)的不斷提高?!薄把?”號總設計師吳剛說(shuō)。

      “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(xiě)道:

      “我命名你為‘雪龍2’號,愿你:承續永恒的南極精神,滿(mǎn)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(mèng)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(xué)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(huì )避之不及。但是,你知道嗎?在地球生物圈,它們占據著(zhù)重要位置——環(huán)境、食品、醫藥、健康、工業(yè)、農業(yè)、化學(xué)化工、材料、生物安全,與人類(lèi)存續相關(guān)的所有環(huán)節,幾乎都與它們有關(guān)。其家族成員還包括放線(xiàn)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(guān)注的熱點(diǎn),也正因此,微生物科學(xué)數據成為一種重要戰略資源。

      2019年6月,作為我國首批啟動(dòng)的20個(gè)國家科學(xué)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(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)數據中心,開(kāi)始承擔起保存、整合、挖掘、利用微生物科學(xué)數據的重大使命。

      模式微生物、基因序列、標本、菌種……從開(kāi)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(guò)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)數據中心。

      不僅如此,國家微生物科學(xué)數據中心還制定了第一個(gè)微生物數據領(lǐng)域的國際ISO數據標準,覆蓋資源、物種、組學(xué)、功能等方面的數據管理與發(fā)布。他們還在此基礎上開(kāi)發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)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(shí)常會(huì )被問(wèn)到這樣一個(gè)問(wèn)題:“國際上已經(jīng)有GENBANK、GISAID等比較知名的微生物數據庫,如果科學(xué)是無(wú)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(xué)數據中心與這些數據庫從來(lái)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據主權,也是為了依法依規推動(dòng)數據共享和國際交流?!?/p>

      馬俊才說(shuō),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(shí)間比較長(cháng),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(chǎn)生的數據,中國科學(xué)家使用還得給別人交錢(qián),這合理嗎?”

      好消息來(lái)了!馬俊才說(shuō),作為國家科技資源共享服務(wù)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(xué)家不能使用我國數據的窘境”。

      有了科學(xué)數據,還要讓數據“活”起來(lái)——

      國家微生物科學(xué)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(shuō),他們以國家微生物科學(xué)數據中心為依托,與國家食品安全領(lǐng)域開(kāi)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(wǎng)絡(luò ),對31個(gè)省區市的60種食品基質(zhì)、9000株細菌、500株真菌、500株病毒的菌種進(jìn)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(lái)的目標是什么?馬俊才說(shuō):“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(xué)家把科學(xué)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(shuō)它好比變形金剛里的“大黃蜂”——一次掃描可以同時(shí)獲得兩種模態(tài)的數據,10分鐘三床位即可完成全身掃描,同時(shí)采集患者組織結構、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)系統及心血管系統等疾病的早期發(fā)現,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(yù)為“科技皇冠上的明珠”,是目前世界上最先進(jìn)的分子影像學(xué)檢查設備,堪稱(chēng)高端醫學(xué)影像診斷設備領(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)影醫療“一體化PET/MR”投入市場(chǎng)后,這一狀況才得以打破。

      2018年10月,由聯(lián)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(jìn)入市場(chǎng)。這是“十三五”以來(lái)國家大力推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研醫深度融合創(chuàng )新的成果,填補了中國在高端醫療設備最尖端領(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(MR)有機整合到一起。聯(lián)影醫療牽頭完成的這一設備,實(shí)現了核心部件自主研發(fā),且性能領(lǐng)先國際。在復旦大學(xué)附屬中山醫院進(jìn)行的臨床驗證中,不到一年時(shí)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(guò)國際先進(jìn)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(fā)性骨髓瘤等腫瘤診斷中,聯(lián)影醫療“一體化PET/MR”能夠實(shí)時(shí)、全方位鎖定病灶,不放過(guò)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(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(méi)有電離輻射,可大幅減少射線(xiàn)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(chǎn)醫學(xué)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(lǐng)域也發(fā)揮著(zhù)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)

  • 【曬曬咱的國之重器12】高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)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(huì )好奇:我們身處的宇宙從何而來(lái)?宇宙中究竟有什么?未來(lái)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(kāi)一張占地面積約1.36平方公里的“大網(wǎng)”,捕捉被稱(chēng)為“宇宙飛彈”的宇宙射線(xiàn)。這就是由國家發(fā)展改革委立項支持的高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站,昵稱(chēng)“拉索”(LHAASO)。

      高能宇宙線(xiàn)是來(lái)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(xiàn)彌漫在整個(gè)宇宙,攜帶著(zhù)宇宙起源、天體演化、太陽(yáng)活動(dòng)及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息。研究宇宙線(xiàn)及其起源是現代物理學(xué)中最基礎的問(wèn)題之一,也是人類(lèi)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(xiàn)起源以及相關(guān)的宇宙演化和高能天體活動(dòng),并尋找暗物質(zhì);廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內部的伽馬射線(xiàn)源等?!盠HAASO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(guò)捕捉光子來(lái)研究宇宙線(xiàn),這張“大網(wǎng)”的一個(gè)個(gè)節點(diǎn)是布置在地面上的5216個(gè)電磁粒子探測器和1188個(gè)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(xiàn)探測靈敏度、甚高能伽馬射線(xiàn)巡天普查靈敏度,最寬廣的能量覆蓋度對宇宙線(xiàn)能譜和成分進(jìn)行精確測量,不僅是目前國際上最先進(jìn)的地面宇宙線(xiàn)探測站,更能夠長(cháng)期占據這類(lèi)實(shí)驗研究領(lǐng)域的制高點(diǎn)。

      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——首次在銀河系內發(fā)現大量超高能宇宙線(xiàn)加速器,為尋找超高能宇宙線(xiàn)的來(lái)源劃定了目標。同時(shí),LHAASO記錄到能量達1.4拍(拍=千萬(wàn)億)電子伏的伽馬光子。這是人類(lèi)觀(guān)測到的最高能量光子,突破了人類(lèi)對銀河系粒子加速的傳統認知,開(kāi)啟了“超高能伽馬天文學(xué)”的時(shí)代。

      除了這些天體物理的發(fā)現,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(xiàn)的關(guān)系。再比如,宇宙線(xiàn)在到達地球的時(shí)候會(huì )受到太陽(yáng)拋射的影響,我們也可以嘗試利用宇宙線(xiàn)數據進(jìn)行空間天氣預報。還有,LHAASO建在青藏高原上,還要開(kāi)展氣溶膠測量,結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(kāi)辟了一個(gè)新的場(chǎng)所?!辈苷橥嘎?。

      LHAASO是我國第三代高山宇宙線(xiàn)實(shí)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、并跑到主導的過(guò)程。曹臻說(shuō):“近些年國家越來(lái)越重視基礎研究,我們有信心在這一領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先優(yōu)勢。在LHAASO規劃時(shí),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(xiàn)探測設備——現在我們要捕捉的是光子,未來(lái)要捕捉中微子,最終圓滿(mǎn)地解決宇宙線(xiàn)起源這個(gè)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(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉院士團隊成功構建76個(gè)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(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗”“一個(gè)重大成就”,審稿人如此評價(jià)。

      有多重大?答案是:這一突破使我國成為全球第二個(gè)實(shí)現“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,而現存的任何經(jīng)典計算機運用任何已知算法,都不能在一個(gè)可接受的時(shí)間內完成。

      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(wàn)億倍,也就是說(shuō),當求解5000萬(wàn)個(gè)樣本的高斯玻色取樣時(shí),“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(shí),“九章”克服了谷歌超導量子比特計算機“懸鈴木”的一個(gè)漏洞。

      “在費曼提出量子計算的概念近40年后,‘九章’在實(shí)驗上嚴格地證明了量子計算的加速能力,把夢(mèng)想變成了現實(shí)?!迸私▊F隊成員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)說(shuō),和原子、離子、超導電路等類(lèi)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(jiǎn)單?!啊耪隆沟梦覈谝淮芜M(jìn)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(zhì)科學(xué)國家研究中心,兩個(gè)通過(guò)光纖連接起來(lái)的長(cháng)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”?!耙粋€(gè)用來(lái)產(chǎn)生光源,另一個(gè)進(jìn)行干涉,把光信號變成電信號后引到隔壁的探測器進(jìn)行分析?!标懗?yáng)的學(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(yáng)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(shù)水平,其處理特定問(wèn)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)布的超導量子計算機“祖沖之二號”,這一系列令人矚目的成果,標志著(zhù)我國已成為世界上唯一一個(gè)在超導和光量子兩個(gè)“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(shuō)是量子計算機研制征程上的一個(gè)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(shuō)。

      《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(xué)院干細胞與再生醫學(xué)創(chuàng )新研究院一樓科普平臺里,展示著(zhù)幾項最新研究成果。在干細胞藥物、再生醫學(xué)、解密衰老等項目中,幾個(gè)小試劑盒顯得有些單薄,卻有重要的價(jià)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(lài)復雜的儀器設備,更便捷、更簡(jiǎn)單、更快速。大家都做過(guò)核酸檢測,專(zhuān)門(mén)的采樣人員給被檢測者采集拭子,然后由專(zhuān)業(yè)檢測人員使用專(zhuān)用設備進(jìn)行檢測?!笨破掌脚_負責人李天達副研究員說(shuō),“這種新試劑盒不需要依賴(lài)專(zhuān)用檢測設備,能夠大大提高檢測速度。這種試劑未來(lái)有望做成驗孕棒樣的檢測試紙,實(shí)現家用及時(shí)檢測?!?/p>

      這種試劑是在新型基因編輯工具“CRISPR-Cas12b”基礎上研發(fā)成功的。CRISPR-Cas12b是該院李偉研究員領(lǐng)導的科研團隊自主研發(fā)的,是我國擁有CRISPR系統發(fā)明專(zhuān)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,推進(jìn)了人類(lèi)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(zhuān)利和產(chǎn)業(yè)?!盎蚓庉嫾夹g(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用前景?!崩顐ソ忉?zhuān)爱a(chǎn)業(yè)發(fā)展與核心專(zhuān)利技術(shù)緊密相關(guān),如果一個(gè)國家沒(méi)有自己自主知識產(chǎn)權的基因編輯技術(shù),相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就會(huì )受到鉗制?!?/p>

      我們可以繼續延用“剪刀”來(lái)解釋為什么需要自己的基因編輯技術(shù)——每個(gè)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(zhuān)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(shí),它具有更寬廣的活性溫度和酸堿范圍,這意味著(zhù)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(yōu)勢,我們開(kāi)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(kāi)發(fā)更多的基因“剪刀”?!吧茖W(xué)基礎研究進(jìn)展與應用的距離非常近,很多情況下,我們既要進(jìn)行基礎研究,也要深入產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)?!崩顐ッ刻斓墓ぷ髋诺脻M(mǎn)滿(mǎn)的——結束采訪(fǎng),他馬上就要開(kāi)研究組會(huì ),他說(shuō),“生命科學(xué)的進(jìn)展與生命息息相關(guān),面向人民生命健康,科技工作者責無(wú)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(lái)理想的清潔能源:東方超環(huán)

      【曬曬咱的國之重器9】?

      光明日報記者 常河

      面對即將來(lái)臨的能源危機,我們擁有一個(gè)共同的夢(mèng)想,那就是尋求一種無(wú)限而清潔的能源,從而實(shí)現人類(lèi)的永續發(fā)展。如果說(shuō)“夸父追日”是古人戰勝自然的美好愿望,那么東方超環(huán)則代表了今人把夢(mèng)想變?yōu)楝F實(shí)的努力。

      在安徽省合肥市西郊科學(xué)島,有一個(gè)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(chǎng)線(xiàn)圈、極向場(chǎng)線(xiàn)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(jiǎn)單,它是一個(gè)享有國際聲譽(yù)的巨大科學(xué)裝置,即由我國自行設計、研制的全超導托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置——東方超環(huán)(EAST)。它的建成,標志著(zhù)在穩態(tài)運行的物理和工程方面,我國開(kāi)始引領(lǐng)磁約束聚變研究的國際前沿,成為首個(gè)掌握新一代先進(jìn)全超導托卡馬克技術(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(lái)捷報:正在開(kāi)展的第16輪物理實(shí)驗,實(shí)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(chuàng )造了東方超環(huán)運行的新世界紀錄!

      是不是感覺(jué)過(guò)于專(zhuān)業(yè)聽(tīng)不懂?沒(méi)關(guān)系,先聽(tīng)聽(tīng)專(zhuān)家怎么說(shuō)……

      “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(zhù)我國在穩態(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(shí)的科學(xué)和工程基礎?!苯輬髠鱽?lái)那一刻,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(cháng)、等離子體物理研究所所長(cháng)宋云濤激動(dòng)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(mèng)。

      時(shí)光回溯到15年前:2006年9月,我國耗時(shí)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(huán),首次成功完成放電實(shí)驗,獲得電流為200千安、時(shí)間接近3秒的高溫等離子體放電,一舉成為世界上首個(gè)也是唯一建成并真正運行的全超導非圓截面核聚變實(shí)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(shí)驗平臺,其成果將為未來(lái)國際熱核聚變實(shí)驗堆(ITER)實(shí)現穩態(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(gè)龐然大物如此感興趣?“核聚變能具有資源豐富、無(wú)碳排放和清潔安全等突出優(yōu)點(diǎn),是人類(lèi)未來(lái)理想的清潔能源之一,可為實(shí)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(mèng)想就是在有生之年,讓世界第一個(gè)核聚變反應堆率先在中國發(fā)電,因此“第一盞由被核聚變能點(diǎn)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(lái)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(wǎng)上發(fā)帖問(wèn):“國際空間站何時(shí)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(gè)夢(mèng)想實(shí)現了。2021年4月29日,隨著(zhù)“天和”核心艙發(fā)射,中國空間站正式進(jìn)入組建階段。按照計劃,2021年至2022年,我國會(huì )通過(guò)11次航天發(fā)射完成空間站建設,包括4次貨運飛船、4次載人飛船發(fā)射,以及“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗艙發(fā)射。

      中國空間站的基本構型為“天和”核心艙、“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗艙,每個(gè)艙段規模20噸級,整體呈T字構型……說(shuō)到這兒,也許你會(huì )產(chǎn)生疑問(wèn):科幻電影里的宇宙飛船看起來(lái)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(fā)射各艙段入軌、上天后交會(huì )對接的建設方式,整體構型仍然要在‘以節點(diǎn)艙為球心的輻射狀’構型上做文章。因此,我們沒(méi)有走蘇聯(lián)‘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(diǎn)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(guān)的工程應用效益?!坝绕涫桥鋫淞舜笮筛鶛C械臂,均有7個(gè)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(diǎn)遠不止于此。就拿循環(huán)利用來(lái)說(shuō),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(chǎn)生的水蒸氣可以冷凝水的方式回收,排泄的尿液也會(huì )回收凈化,重新作為生活用水使用……

      在太空開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗是中國空間站的主要使命。據悉,神舟十三號任務(wù)將進(jìn)行航天醫學(xué)、微重力物理等科學(xué)技術(shù)試驗與應用,有望獲得大量科研數據,產(chǎn)出高水平的科學(xué)成果;此外,航天員還會(huì )給青少年帶來(lái)精彩的天地授課內容,成為鼓勵學(xué)子們熱愛(ài)航天、參與探索、追求科學(xué)的實(shí)踐平臺。

      后續,我國將擇機發(fā)射大口徑、大視場(chǎng)的空間天文望遠鏡“巡天”——其視場(chǎng)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(jìn)行觀(guān)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(jìn)“巡天”的開(kāi)放使用。

      值得一提的是,中國空間站的建成還將為開(kāi)展包括航天員聯(lián)合飛行在內的更廣泛國際合作提供精彩舞臺。目前,已經(jīng)有不少?lài)液偷貐^提出了這方面意愿?!跋嘈旁谥袊臻g站完成建造、進(jìn)入運營(yíng)與應用階段后,大家會(huì )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(shí)代已經(jīng)來(lái)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(xué)裝置的核心部件都需要在穩定的極低溫環(huán)境中運行。

      如何測量極低溫?

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

      而更嚴重的是,長(cháng)期以來(lái),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(jīng)貿合作發(fā)展的重要技術(shù)基礎;溫度基準,是現代工業(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。在極低溫區沒(méi)有基準,就意味著(zhù)我們無(wú)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(jìn)行校準。

      對我們這樣一個(gè)大國來(lái)說(shuō),主動(dòng)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(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年建成了極低溫區基準級測溫裝置。高波的眼睛里閃爍著(zhù)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(yè)和科學(xué)技術(shù)體系之所以可以成為“世界語(yǔ)言”,一個(gè)很重要的原因是計量標準的統一。在人類(lèi)社會(huì )發(fā)展相當長(cháng)的時(shí)期內,計量單位多是基于看得見(jiàn)、摸得著(zhù)的實(shí)物來(lái)定義。高波說(shuō):“實(shí)物再如何精心保存,時(shí)間長(cháng)了也會(huì )出現變化,細微的元素差異,都會(huì )給準確度帶來(lái)差別。隨著(zhù)科技的發(fā)展,大家對計量的精確度要求越來(lái)越高,這種用實(shí)物定義單位的方法在長(cháng)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(xué)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(fā)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?zhuān)罢l(shuí)能更快、更準地基于自然常數建立基準級測溫裝置,誰(shuí)在未來(lái)就擁有更多的話(huà)語(yǔ)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(lǐng)域的空白,實(shí)現了這一溫區量值溯源的自主可控,更實(shí)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(chuàng )的方法已被國際溫度咨詢(xún)委員會(huì )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(huà)說(shuō),我們可以將它測得的溫度稱(chēng)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。

      幾年來(lái),高波幾乎全年無(wú)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(zhù)巨大的能量:“但我有信心!我們處在創(chuàng )新的時(shí)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(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(huì )穿過(guò)大網(wǎng),有的則會(huì )和網(wǎng)中的點(diǎn)、線(xiàn)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(guò)計算,就能倒推出網(wǎng)的結構,看清這些原子組成的分子。這個(gè)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的中國散裂中子源正式“開(kāi)門(mén)迎客”。繼英、美、日之后,中國成為世界上第四個(gè)擁有這一大科學(xué)“神器”的國家。咱們的科學(xué)家再也無(wú)須舟車(chē)勞頓、爭分奪秒,跑到國外排隊申請做實(shí)驗了。

      中學(xué)物理課本上講過(guò),所有物質(zhì)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(gè)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(shí)體的前提下,“探測”到材料的微觀(guān)結構和內部運動(dòng)規律,可謂最強科研透視眼。

      正因如此,大量制造中子的“工廠(chǎng)”——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(gè)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(shí)6年半建成的一期工程,占地足有40個(gè)足球場(chǎng)大,光安裝加速器的隧道就有600多米長(cháng)。

      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(mèng)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(xué)中心的核心裝置重托,用途廣著(zhù)呢。材料學(xué)、新能源、醫療制藥、關(guān)鍵電子器件的突破全都用得著(zhù)它——

      給航空發(fā)動(dòng)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(guò)程中的內部變化,幫忙找到合適的開(kāi)采條件;觀(guān)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(kāi)放3年來(lái),這個(gè)“大家伙”已服務(wù)中外科學(xué)家團隊完成課題超過(guò)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(shí)驗裝置也“孵化”成功,將為癌癥治療帶來(lái)技術(shù)性革新。

      就在上個(gè)月,又一個(gè)捕捉中子軌跡的利器——多物理譜儀在這里向全球開(kāi)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(chuàng )新成就展在北京展覽館開(kāi)門(mén)迎客。很多人看到,展館正門(mén)外左側有三個(gè)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(jiàn)證了中國的深潛科技實(shí)力從跟跑,到并跑,再到如今領(lǐng)跑世界的時(shí)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(shí)間凌晨4點(diǎn)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(wàn)米級載人潛水器“奮斗者”號,被從母船吊入深藍色的大海,開(kāi)始沖擊萬(wàn)米海深。

      馬里亞納海溝,被稱(chēng)為地球“第四極”,有史以來(lái),只有三次人類(lèi)“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(guò)《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(guò),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(wàn)米海底,能夠自主巡航,進(jìn)行生物礦物和地理物理等科學(xué)考察,空間大、時(shí)間長(cháng)、乘員多,難度遠超類(lèi)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(cháng)再長(cháng)。

      一萬(wàn)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,深度數字繼續跳動(dòng):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。

      “我們現在三個(gè)人的狀態(tài)良好,正在開(kāi)展機械手功能測試,這里的景象妙不可言……”這是來(lái)自“奮斗者”號三位深潛員的回話(huà),這是來(lái)自萬(wàn)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(shí)現了萬(wàn)米洋底4K電視信號直播。美國、法國、日本、俄羅斯等都沒(méi)做到的,我們中國人做到了!

      海洋深處充滿(mǎn)著(zhù)神秘色彩,人類(lèi)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(huì )增加1個(gè)大氣壓;如果深入海底10000米,那就是1000個(gè)大氣壓,相當于在指甲蓋大小的地方,壓上一部重型卡車(chē)。

      也正因此,探秘深海和深淵,是一項難度極高的科考活動(dòng),涉及設計、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(mèng)深藍,一直是中國科研人員的夢(mèng)想。2016年,科技部啟動(dòng)“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(jìn)發(fā)。

      這是一次勇敢的進(jìn)發(fā),更是一次震天動(dòng)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?!皧^斗者”號總設計師、海試總指揮葉聰感慨萬(wàn)千:“我覺(jué)得不能用這五年來(lái)講中國深潛的故事,應該用二十年甚至更長(cháng)一些。我國從沒(méi)有深海裝備到有深海裝備,從無(wú)人到有人,從簡(jiǎn)單到復雜作業(yè),這是老一輩科學(xué)家用肩膀托起來(lái)的。我們要牢記傳統又要開(kāi)拓創(chuàng )新,所以‘奮斗者’號到達之處遠遠不是終點(diǎn),應該說(shuō),我們剛剛打開(kāi)了海洋的一道門(mén)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(fā)電方案,來(lái)支撐人類(lèi)的海量用電需求嗎?

      這個(gè)問(wèn)題,科學(xué)家早已想過(guò)——清潔、高效的核能,便是解決方案之一。

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

      有沒(méi)有更安全的核電站?

      有!我國國家科技重大專(zhuān)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,反應堆安全必須是“固有的”,也就是說(shuō)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(huì )熔毀,放射性物質(zhì)不會(huì )大量外泄,進(jìn)而不會(huì )發(fā)生嚴重的核事故。

      這個(gè)構想在中國變成了現實(shí)。

      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(shí)現首次臨界。這就相當于發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火,是反應堆帶核功率運行的起點(diǎn)。預計在2021年年底,它將首次并網(wǎng)發(fā)電。

      等它開(kāi)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(wàn)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(wàn)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(gè)實(shí)際建成這類(lèi)核電站的國家?!彼目傇O計師——清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長(cháng)張作義說(shuō),它在全球先進(jìn)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(gè)最令中國人自豪的特點(diǎn)——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(wàn)張圖紙、10萬(wàn)頁(yè)文件,15000多件技術(shù)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(chǎn)權。

      今天,這個(gè)超級工程矗立在石島灣。但誰(shuí)能想到,60余年前,科研條件艱苦,生活設施落后,清華大學(xué)核研院原副總工程師薛大知回憶,當時(shí)建實(shí)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(shí)幾天幾夜不能好好睡覺(jué),腳泡在水泥漿里。工地臨時(shí)固定支撐的模板上還有釘子,弄不好就會(huì )被扎到”。

      經(jīng)過(guò)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號反應堆首次臨界,這標志著(zhù)示范工程順利完成雙堆臨界。

      如今,中國毫無(wú)疑問(wèn)是全球高溫氣冷堆的領(lǐng)跑者,在未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間,還將繼續引領(lǐng)世界。

      《光明日報》( 2021年11月15日?01版)

  • 【曬曬咱的國之重器3】帶著(zhù)月球“土特產(chǎn)”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(wàn)千國人仰望夜空,看她拖著(zhù)長(cháng)長(cháng)的尾焰越飛越高,在歡呼聲中劃過(guò)天際;23天后的12月17日凌晨,萬(wàn)眾企盼中,她如流星般璀璨,點(diǎn)亮夜空,緩緩降落,穩穩地投入“家”的懷抱。

      嫦娥五號回來(lái)啦!

      作為嫦娥家族的“五妹”,嫦娥五號成為首個(gè)能“回家”的探測器——而且,她不僅平安回來(lái),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(fēng)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(jià)值。

      這是一次意義非凡的太空之旅——此前,還從未有人類(lèi)探測器造訪(fǎng)過(guò)那里,這也讓中國成為繼美國和蘇聯(lián)之后,第三個(gè)從月球取回樣本的國家。

      月球不發(fā)光,是人類(lèi)的夢(mèng)想“照亮”了它。

      2004年中國正式開(kāi)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(méi)有為故事畫(huà)上句號——未來(lái),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(cháng)遠的視角來(lái)看,我國的月球探測分為“探、登、駐”三步走,即無(wú)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(zhù)“探、登、駐”三大步的第一階段完美收官。

      作為富饒的“礦場(chǎng)”和理想的“太空補給站”,月球近年來(lái)成為深空探測的熱土。根據各國發(fā)布的計劃,2030年前,不少?lài)叶枷M麑⒑教靻T送上月球,并謀劃建設永久科研基地?!霸虑蚴侨祟?lèi)的,但誰(shuí)開(kāi)發(fā)誰(shuí)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(wèn)葉培建院士的聲音堅定有力。

      600年前,我們曾錯過(guò)走向海洋;今天,我們不會(huì )再錯過(guò)太空了。后續,我國將陸續實(shí)施嫦娥六號、七號、八號等任務(wù),同時(shí)還將規劃建設國際月球科研站。所以,“嫦娥姐妹”會(huì )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(chē)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(lái)了中國訪(fǎng)客!

      2021年5月22日,第一輛從中國始發(fā)的火星車(chē)祝融號安全到達火星表面,開(kāi)始巡視探測。

      星際探測從來(lái)不是一件容易的事情。從1960年蘇聯(lián)第一個(gè)發(fā)射火星探測器至今,人類(lèi)已向火星發(fā)射了數十個(gè)無(wú)人探測器,但成功著(zhù)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℃,不可預估的沙塵天氣更是成了阻礙火星車(chē)生存及完成巡視探測的主要困難。蘇聯(lián)“火星3號”著(zhù)陸后毀于火星的沙塵暴;美國“機遇號”因為太陽(yáng)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(wù),就是研究火星天氣??茖W(xué)家們因此將巡視器的著(zhù)陸區選在火星北部的烏托邦平原,這里,沙塵暴頻發(fā)!

      奔著(zhù)沙塵暴去?這能行嗎?

      “咱技術(shù)硬,不怕!”我國首輛火星車(chē)總體主任設計師陳百超說(shuō),祝融號使用四片蝴蝶狀砷化鎵構成的太陽(yáng)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(guò)太陽(yáng)能翅膀的輕微振動(dòng)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(huì )輕易破壞火星車(chē)的動(dòng)力系統。美國“勇氣號”陷入沙坑,導致輪子出現故障,無(wú)法轉動(dòng),一直被困到任務(wù)結束。

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

      祝融號火星車(chē)設計壽命是90個(gè)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(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(dòng)和原地轉彎的過(guò)程,這是人類(lèi)歷史上第一次拍攝到火星車(chē)在火星表面的移動(dòng)影像!

      而且,你知道嗎?火星沒(méi)有覆蓋全球的穩定磁場(chǎng),但表面卻存在支離破碎的偶極磁場(chǎng),暗含著(zhù)火星歷史演化的痕跡。這時(shí),祝融號上搭載的氣象測量?jì)x、表面成分探測儀、雷達和磁場(chǎng)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(shí)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(mèng)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(chǎn)最大直徑盾構機“京華號”

      【曬曬咱的國之重器1】

    開(kāi)欄的話(huà)

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

      習近平總書(shū)記說(shuō),關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器。這一個(gè)個(gè)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(gè)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(zhuān)欄,好好說(shuō)說(shuō)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、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(huán)改造工程地下現場(chǎng),我國迄今研制的最大直徑盾構機“京華號”開(kāi)始“開(kāi)疆拓土”?!把鼑敝睆匠^(guò)5層樓、身長(cháng)相當于7節地鐵車(chē)廂、體重高達4300噸,這個(gè)由10萬(wàn)個(gè)精密部件組成的“大塊頭”,號稱(chēng)“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(shuō)起來(lái),它的工作原理類(lèi)似于穿山甲挖洞。盾構機頂端,巨型刀盤(pán)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(huà)下;刀盤(pán)后粗壯的盾相當于穿山甲的軀干,用來(lái)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(lái)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(lái)加固洞穴。開(kāi)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(shuí)能想到,西方已應用百年的這個(gè)“地下神器”,咱中國人卻長(cháng)期看不到、摸不著(zhù)。直到20世紀90年代末,為開(kāi)鑿西康鐵路秦嶺隧道,我國才頭一次從歐洲買(mǎi)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(shū)記李光這樣回憶,“盾構機,咱們自己造!”

      2002年列入國家重點(diǎn)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)權的復合式土壓平衡盾構機橫空出世。突破核心技術(shù)封鎖,此后10多年間,中國這個(gè)后來(lái)者,持續刷新著(zhù)世界盾構領(lǐng)域的紀錄。

      2020年9月27日,“京華號”在長(cháng)沙下線(xiàn),一躍成為世界第三大開(kāi)挖直徑盾構機,標志著(zhù)我國超大直徑盾構成套技術(shù)躋身世界前列。

      更讓人意想不到的是,2012年,中國第一臺盾構機走出國門(mén)。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(chǎn)品就已覆蓋全球25個(gè)國家和地區,產(chǎn)銷(xiāo)量連續4年第一。

      從無(wú)到有,從買(mǎi)到賣(mài),中國盾構機實(shí)現了歷史的轉身。

      《光明日報》( 2021年11月01日?01版)