嫦娥五号探测器完成月球采样返回 ， 北斗全球系统完成星座部署 ， 我国率先实现水平井钻采深海可燃冰；科学家找到小麦“癌症”克星 ， 达到“量子计算优越性”里程碑 ， 攻克20余年悬而未决的几何难题……回首刚刚过去的2020年 ， 中国各领域的科学家勇攀科学高峰 ， 取得了一系列重大成果 。
日前 ， 由中国科学院和中国工程院院士投票评选出的2020年中国十大科技进展新鲜出炉 ， 中国科学院副院长、中国科学院院士高鸿钧发布了这十大进展：嫦娥五号探测器完成我国首次地外天体采样任务、北斗全球系统星座部署完成、我国无人潜水器和载人潜水器均取得新突破、我国率先实现水平井钻采深海可燃冰、科学家找到小麦“癌症”克星、科学家达到“量子计算优越性”里程碑、科学家重现地球3亿多年生物多样性变化历史、我国最高参数“人造太阳”建成、科学家攻克20余年悬而未决的几何难题、机器学习模拟上亿原子：中美团队获2020高性能计算应用领域最高奖项 。 采访人员采访了院士专家 ， 详细解读部分重大科技进展 。
突破种源瓶颈 ， 端牢中国饭碗
中国十大科技进展之科学家找到小麦“癌症”克星：小麦赤霉病 ， 是世界范围内极具毁灭性且防治困难的真菌病害 ， 有小麦“癌症”之称 。 山东农业大学孔令让团队从小麦近缘植物长穗偃麦草中首次克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7 ， 且成功将其转移至小麦品种中 ， 首次明确并验证了其在小麦抗病育种中不仅具有稳定的赤霉病抗性 ， 而且具有广谱的解毒功能 。 目前 ， 已有30多家单位进行广泛试验 ， 结果表现良好 。 该成果为解锁赤霉病这一世界性难题找到了“金钥匙” 。
山东农业大学作物生物学国家重点实验室副主任、农学院院长孔令让说：我们团队研究的作物是小麦 ， 小麦是世界主要粮食作物 ， 也是国家的口粮作物 。 2020年我们国家小麦产量达到1.35亿吨 ， 在世界上占第一位 ， 小麦一生经过秋冬春夏四季 ， 也就是说在田间需要生长230多天 ， 这样漫长的时间 ， 小麦生产期间受到一些冻害、病害、虫害、旱灾等 ， 从而影响小麦产量 。
小麦赤霉病是小麦最严重的一种病 ， 也是全球流行性病 ， 因此在国际上人们称它为小麦的癌症 ， 顾名思义 ， 癌症就是治不了 ， 并且小麦的赤霉病也很难根治 。 我国是世界上受害面积最大的国家 ， 每年发生6000多万亩 ， 什么概念呢？占咱们国家小麦播种面积六分之一 。 一般发生年份可以减少20%到30% ， 重发的年份减到50%甚至颗粒无收 ， 因此小麦赤霉病是威胁国家粮食安全“卡脖子”的难题 。
不但如此 ， 赤霉病侵占小麦之后 ， 它产生100多种霉菌毒素 ， 其中含量高的呕吐毒素的一种霉菌毒素 ， 严重危害人的健康 。 它产生一系列霉菌毒素 ， 其中含量比较多就是呕吐毒素 ， 呕吐毒素被定义为第三类致癌物质 ， 我们国家规定作物食品当中含量一公斤不能超过一毫克 ， 什么概念呢？100个籽粒当中不能超过4个籽粒 。
半个多世纪以来 ， 人们一直对赤霉病非常头痛 ， 建立成千上万小麦近缘植物 ， 但是在小麦近缘植物里抗原极其稀少 。 我们团队是2001年开始小麦近缘植物抗赤霉病基因筛选工作的 ， 非常幸运我们在2006年找到了这样一个抗赤霉病基因 ， 随后我们把这个基因定位在偃麦草抗病的末端 ， 随后我们在国际上统一命名为7号基因 。
7号基因对赤霉病和茎基腐病具有广谱抗病性 。 对于我国北方赤霉病主要是禾谷镰孢菌 ， 南方是亚洲镰孢菌 ， 7号基因可以抗两种镰孢菌引起的赤霉病 。 在小麦生产中也有一种很严重的病 ， 就是小麦茎基腐病 ， 7号基因可以严抗小麦茎基腐病 。 2020年我们黄淮北片麦区小麦茎基腐病比较严重 ， 山东省发病面积超过1200万亩 ， 携带7号基因小麦品种表现得非常好 ， 可以抗茎基腐病 。
目前 ， 我们通过杂交、回交、分子标记辅助选择以及加代技术 ， 将长穗偃麦草抗赤霉病基因Fhb7转移到全国主要麦区的20多个主栽品种中 ， 表现稳定的赤霉病抗性 ， 并且 ， 对产量性状没有明显的副作用 。 目前 ， 抗赤霉病小麦品种已经完成了预备试验 ， 区域试验 ， 去年进去生产试验 ， 可望今年审定并大面积推广种植 。 抗赤霉病种质材料已发放全国70多家单位育种利用 ， 我们相信抗赤霉病小麦品种的大面积推广种植 ， 将为我国小麦产业高质高效发展 ， 农民富裕富足 ， 保障国家粮食和食品安全提供核心技术支撑 。
水平井钻采深海可燃冰 ， 保障国家资源能源安全
中国十大科技进展之我国率先实现水平井钻采深海可燃冰：2020年3月26日 ， 我国海域天然气水合物第二轮试采成功 ， 并超额完成目标任务 。 天然气水合物通常称为可燃冰 ， 在水深1225米的南海神狐海域的试采创造了“产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米”两项新世界纪录 。 我国也成为全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家 。
中国地质调查局基础部主任 ， 天然气水合物试采指挥部常务副指挥长秦绪文：可燃冰是天然气水合物的俗称 ， 是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质 ， 因其外观像冰 ， 遇火可燃烧 ， 所以俗称可燃冰 。 可燃冰有这么四个特点：能量密度高 ， 在标准状态下 ， 1立方米天然水合物可以分解成160到180立方米甲烷气体和0.8立方米的水；它含硫化氢、二氧化硫等杂质比较少 ， 所以清洁高效；分布区域广泛 ， 大部分分布在海洋中；资源量非常巨大 ， 初步预测全球天然气水合物资源量可以高达20万亿吨油当量 ， 各国对天然气水合物开发利用均给予高度重视 。 我国天然气水合物调查研究工作起步比较晚 ， 1999年才开始系统性的调查工作 ， 经过20余年勘查工作 ， 基本查明了我国天然气水合物资源的分布状况 ， 预测我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量 ， 这对保障国家资源能源安全具有重要的战略意义 。
加拿大、美国、日本等发达国家高度重视天然气水合物勘查和试采工作 ， 采用了多种方法进行试开采研究 ， 先后实施7次试采 ， 但因出砂、产气效率低等问题未实现预期目标 。 在这些试采中 ， 真正具有工程化意义的就是日本和我们国家实施的海域天然气水合物试采 。
2017年我国首次海域可燃冰试采成功 ， 抢占了这一领域科技创新制高点 。 与日本相比 ， 我们南海天然气水合物储层为泥质粉砂地层 ， 具有水深更深、埋藏更浅、渗透性更差、饱和度更低、颗粒更细、类型更为复杂等特点 ， 是世界公认最难开采的一种天然气水合物类型 。 但是这种水合物类型有一个最大的优势 ， 就是它在整个水合物资源分布中资源量最大 ， 占90%以上 ， 一旦这种水合物类型实现产业化 ， 对于水合物资源开发利用的前景是非常广阔的 。
我国研究提出了“五步走”的发展路径 ， 其中2017年试采是探索性试采 ， 重点解决能否安全持续产气的问题 ， 2020年的试采 ， 是试验性试采 ， 主要解决如何提高产气规模的问题 。
虽然第二轮试采取得多项重大突破 ， 但在推进天然气水合物开采产业化过程中依然还面临着很多的挑战 ， 后续的工作任务依然艰巨繁重 。 下一步 ， 我们将坚持科技创新引领 ， 着力推进资源勘查评价 ， 基础理论研究 ， 试采技术攻关 ， 装备平台建设 ， 生态环境保护等工作 ， 加快推进我国天然气水合物勘查开采产业化进程 。
“人造太阳”点亮人类的未来能源梦想
中国十大科技进展之我国最高参数“人造太阳”建成：我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）12月4日在成都正式建成放电 ， 标志我国正式跨入全球可控核聚变研究前列 ， HL-2M将进一步加快人类探索未来能源的步伐 。 该装置是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置 ， 是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置 ， 能实现高密度、高比压、高自举电流运行 ， 是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托装置 。
中核集团核工业西南物理研究院、中国环流器二号M装置项目负责人刘永：中国承诺2060年实现碳中和 ， 不向大自然净排放 。 我们认为核能是比较理想的能源 ， 没有温室效能 ， 储量相对丰富 ， 污染相对可控 。
为什么叫人造太阳呢？人类享受阳光雨露 ， 阳光来自太阳 ， 太阳50亿年来不断地释放能量 ， 地球化石能源来自太阳聚变能 ， 地球实现聚变反应也叫人造太阳 。 基本的过程也比较简单 ， 两个氢核在一定条件下聚合形成更大原子核 ， 就释放大量能量 ， 也就是氢弹爆炸的过程 ， 也是现在追求核电聚变能够发电的基本原理 。
聚变发生条件非常苛刻 ， 具体来说上亿度的温度 ， 而且比较长时间稳定在这个地方 ， 不能像爆炸一样 。 这给出基本原理 ， 任何东西上亿度早就熔化掉 ， 强磁场是一个无形的东西 ， 给出一个基本原理 ， 像汽车轮胎一样大的环 ， 卡了很多线圈 ， 线圈通上电以后产生非常强的磁场 ， 在磁场里面这么高温的东西全是带电粒子 ， 这些带电粒子只能在磁场里跑 ， 就像运动员一样跑得再快还在跑道上跑就不会撞到人这样一个基本原理 ， 这样一个基本的东西在这样的条件下实现核聚变 ， 基本形状是环形容器 ， 中国环流器二号M装置环流器就是这么来的 。
中国环流器二号M装置2020年12月份投入使用 ， 温度可以根据设计性能到1.5亿度 ， 大规模提高运行参数 。 这个装置能够建成完全归功于我们国家装备制造业的发展 。
这个装置建成标志着我们在大型托卡马克设计建造运行达到一个新的水平 ， 为下一步聚变堆建设打下比较好的基础 。 同时通过这样一个装置 ， 也培育了聚变的新生力量 ， 某种程度提升了相关产业装备制造水平 ， 也是国际合作很好的平台 。
北斗全球系统服务全球 ， 造福人类
中国十大科技进展之北斗全球系统星座部署完成：2020年6月23日9时43分 ， 我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭 ， 成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星暨北斗三号最后一颗全球组网卫星 。 这是长征系列运载火箭的第336次飞行 ， 在测控、地面运控、星间链路运管、应用验证等系统的强有力支撑下 ， 此前发射的所有在轨卫星都已入网 。 北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成 。
北斗三号卫星总设计师谢军表示 ， 北斗三号系统的建成是我国航天人自主创新 ， 万众一心 ， 接续奋斗的成果 。 同时使我国航天基础设施服务全球 ， 造福人类 。
“产业发展方面北斗系统提供的高精度时间、位置这些基本信息可以大大提高我们所知道产业发展方面非常重要工业生产设备、基础建设设施这些硬件和软件方面生产效率 ， 同时对设施质量水平也能大大的提升 ， 提高我们劳动生产率 。 ”谢军说 。
在精准农机设备播种施肥 ， 建筑桥梁和大型建筑监测测量上北斗系统都发挥重要的作用 ， 整个系统的建成将使整个产业发展利用北斗系统这些提供的服务 ， 使产业发展更加的智能 ， 更加的高效 ， 更加环保节能 。 “对于老百姓和人民生活方式带来的便利与好处就更多了 ， 目前应该说我们市场上非常多的一些穿戴设备都具有了时间、位置的信息 ， 这些信息都得益于卫星导航系统的建设和应用 ， 当然跟地面移动网络的服务也是紧密融合的 。 ”谢军说 。
这些设备对老百姓的出行以及像今年疫情情况下无人设备应用发挥了重要的作用 。 “下一步北斗系统设计和建设者们将确保整个系统的稳定和安全运行 ， 每个月进行评估整个系统 ， 同时要加强这个系统的市场应用推广 ， 我们在国内已有广泛应用GPS系统的成果基础上 ， 把北斗系统的应用推广 。 此外现在已经启动研究设计服务精度更高 ， 环境适用性更强 ， 用户使用更便捷更安全的下一代北斗系统 ， 加强与人工智能、大数据、移动通信、物联网等技术的融合 ， 在瞄准2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家PNT体系 。 ”谢军说 。
【赤霉病|院士专家解读2020中国十大科技进展】（本报采访人员 袁于飞）
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