2021年度中國科學十大進展

《2021年度中國科學十大進展》於2022年2月28日，由科學技術部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）發布。

基本介紹

• 中文名：2021年度中國科學十大進展
• 發布時間：2022年2月28日
• 發布單位：科學技術部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）

發展歷程

2021年12月，科學技術部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）組織召開了2021年度中國科學十大進展初選會議，組織專家從推薦的310項科學進展中遴選出30項進展進入終選。

中國科學十大進展遴選程式分為推薦、初選和終選3個環節。2021年度，《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》等5家編輯部共推薦了310項科學研究進展，所推薦的科學進展皆是在2020年12月1日至2021年11月30日期間正式發表或完成的研究成果。2021年12月，2021年度中國科學十大進展初選會議組織專家從推薦的310項科學進展中遴選出30項進展進入終選。終選邀請中國科學院院士、中國工程院院士、國家重點實驗室主任、國家重點研發計畫有關重點專項總體專家組成員和項目負責人、原973計畫顧問組和諮詢組專家、以及項目首席科學家等3500餘位知名專家學者對30項候選科學進展進行網上投票，得票數排名前10位的入選“2021年度中國科學十大進展”。

十大進展

2021年度中國科學十大進展分別是：

——火星探測任務天問一號探測器成功著陸火星。2021年5月，天問一號探測器成功著陸於火星烏托邦平原南部預選著陸區，中國首次火星探測任務著陸火星取得成功。任務採用“氣動減速-傘降減速-動力減速-著陸緩衝”四級串聯減速技術路線，建立設計疊代改進流程和多學科綜合最佳化方法，提高了系統應對故障工況和進入條件極限拉偏下的安全著陸能力。天問一號探測器著陸火星，是中國首次實現地外行星著陸，邁出中國星際探測征程的重要一步，實現從地月繫到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印跡，使中國成為第二個成功著陸火星的國家，是中國航天事業發展的又一具有里程碑意義的進展。

2021年度中國科學十大進展

2021年度中國十大科學進展2：中國空間站模擬效果圖。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——中國空間站天和核心艙成功發射，神舟十二號、十三號載人飛船成功發射並與天和核心艙成功完成對接。2021年4月29日，中國空間站天和核心艙在海南文昌航天發射場發射升空，準確進入預定軌道，任務取得成功。天和核心艙發射成功，標誌著中國空間站建造進入全面實施階段，為後續任務展開奠定堅實基礎。6月17日，神舟十二號載人飛船發射成功，並與天和核心艙成功完成對接，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員送入太空，這是天和核心艙發射入軌後，首次與載人飛船進行的交會對接。中國載人航天實現太空往返常態化，中國正式進入太空站時代。10月16日，神舟十三號載人飛船發射成功，並採用自主快速交會對接模式成功對接於天和核心艙徑向連線埠，順利將翟志剛、王亞平、葉光富3位航天員送入太空。

2021年度中國科學十大進展

2021年度中國十大科學進展3：人工澱粉合成途徑。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——從二氧化碳到澱粉的人工合成。澱粉是糧食最主要的組分，也是重要的工業原料。中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和等報導了由11步核心反應組成的人工澱粉合成途徑(ASAP)，該途徑偶聯化學催化與生物催化反應，在實驗室實現了從二氧化碳和氫氣到澱粉分子的人工全合成。通過從頭設計二氧化碳到澱粉合成的非自然途徑，採用模組化反應適配與蛋白質工程手段，解決了計算機途徑熱力學匹配、代謝流平衡以及副產物抑制等問題，克服了人工途徑組裝與級聯反應進化等難題。在氫氣驅動下ASAP將二氧化碳轉化為澱粉分子的速度為每分鐘每毫克催化劑22nmol碳單元，比玉米澱粉合成速度高8.5倍；ASAP澱粉合成的理論能量轉化效率為7%，是玉米等農作物的3.5倍，並可實現直鏈和支鏈澱粉的可控合成。該成果不依賴植物光合作用，實現了二氧化碳到澱粉的人工全合成。

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2021年度中國十大科學進展4：嫦娥五號月壤樣品(玄武岩岩屑)的顯微圖像。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——嫦娥五號月球樣品揭示月球演化奧秘。中國科學院地質與地球物理研究所李獻華、楊蔚、胡森、林楊挺和中國科學院國家天文台李春來等利用過去十多年來建立的超高空間解析度的定年和同位素分析技術，對嫦娥五號月球樣品玄武岩進行精確的年代學、岩石地球化學及岩漿水含量的研究。結果顯示，嫦娥五號玄武岩形成於20.30±0.04億年，確證月球的火山活動可以持續到20億年前，比以往月球樣品限定的火山活動延長約8億年。這一結果為撞擊坑定年提供了關鍵錨點，將大幅提高內太陽系星體表面撞擊坑定年的精度。研究還揭示嫦娥五號玄武岩的月幔源區並不富含放射性生熱元素和水，排除了放射性元素提供熱源，或富含水降低熔點兩種月幔熔融機制，對未來的月球探測和研究提出新的方向。

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2021年度中國十大科學進展5：新冠病毒“反式回溯”的複製矯正機制。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——揭示新冠病毒(SARS-CoV-2)逃逸抗病毒藥物機制。不斷出現的新冠病毒突變株對當前已有的疫苗、中和抗體等抗病毒手段提出嚴峻挑戰，亟需發展能有效應對各型突變株的廣譜藥物。在生命周期中，病毒的一系列轉錄複製酶組裝成“轉錄複製複合體”超分子機器，負責病毒轉錄複製的全過程，且在各型突變株中高度保守，是開發廣譜抗病毒藥物的核心靶點。清華大學婁智勇、饒子和與上海科技大學高岩等發現並重構病毒“加帽中間態複合體”“mRNA加帽複合體”和“錯配校正複合體”，並闡明其工作機制。揭示新冠病毒轉錄複製機器的完整組成形式；發現病毒聚合酶的核苷轉移酶結構域是催化mRNA“加帽”成熟的關鍵酶，明確帽結構的合成過程，為發展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供全新靶點；發現病毒以“反式回溯”的方式對錯配鹼基和抗病毒藥物進行“剔除”，闡明瑞德西韋等藥物效果不良的分子機制，為最佳化針對聚合酶的抗病毒藥物提供關鍵科學依據。

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2021年度中國十大科學進展6：“中國天眼”(FAST)捕獲快速射電暴樣品示意圖。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——“中國天眼”(FAST)捕獲世界最大快速射電暴樣本。快速射電暴(FRB)是無線電波段宇宙最明亮的爆發現象。FRB121102是人類所知的第一個重複快速射電暴，中國科學院國家天文台李菂等使用“中國天眼”(FAST)成功捕捉到FRB121102的極端活動期，最劇烈時段達到每小時122次爆發，累計獲取1652個高信噪比的爆發信號，構成目前最大的FRB爆發事件集合。FAST樣本排除FRB121102爆發在一毫秒至一小時之間的周期性或準周期性，嚴格限制重複快速射電暴由單一緻密天體起源的可能性。該研究首次展現FRB的完整能譜，深入揭示了FRB的基礎物理機制。

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2021年度中國十大科學進展7：纖維聚合物鋰離子電池的集成組裝示意圖。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——實現高性能纖維鋰離子電池規模化製備。如何通過設計新結構(如創建纖維鋰離子電池)滿足電子產品高度集成化和柔性化發展要求，是鋰離子電池領域面臨的重大挑戰。復旦大學彭慧勝、陳培寧等發現纖維鋰離子電池內阻與長度之間獨特的雙曲餘切函式關係，即內阻隨長度增加並不增大，反而先下降後趨於穩定。在此理論指導下構建的纖維鋰離子電池具有優異且穩定的電化學性能，能量密度較過去提升近2個數量級，彎折10萬次後容量保持率超過80%；建立的世界上首條纖維鋰離子電池生產線，實現其規模化連續製備；編織集成得到的纖維鋰離子電池系統，電化學性能與商業鋰離子電池相當，而穩定性和安全性更加優異。

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2021年度中國十大科學進展8：祖沖之號。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——可程式二維62比特超導處理器“祖沖之號”的量子行走。量子行走是經典隨機行走的量子力學模擬，是實現量子模擬、量子搜尋算法乃至通用量子計算的工具。中國科學技術大學朱曉波、潘建偉等通過研發兼容平面工藝的三維引線技術，實現量子比特結構從一維向二維的拓展，設計並製作一個由62個比特組成的8×8的二維結構超導量子比特陣列，構建出“祖沖之號”量子計算原型機，並通過該裝置演示高保真的單粒子和雙粒子連續時間量子行走。利用量子處理器的高可程式性，實現量子比特激發粒子行走路徑的精確調控，在固態量子晶片實現馬赫-曾德爾干涉儀。該工作是世界範圍內公開發表的首個比特數超過60的超導量子計算領域的成果，驗證對含噪聲中等規模量子比特系統的高精度量子調控能力，為研製祖沖之二號、實現“量子計算優越性”奠定基礎。

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2021年度中國十大科學進展9：軟機器人在馬里亞納海溝萬米深海驅動實驗。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——自供電軟機器人成功挑戰馬里亞納海溝。深海機器人與裝備需要高強度金屬耐壓外殼或壓力補償系統來保護內部機電系統。浙江大學李鐵風等從深海獅子魚“頭部骨骼分散融合在軟組織中”這一生理特性提取仿生靈感，揭示深海極端壓力條件下軟機器人功能器件破壞及驅動失效的內在機制；提出硬質器件分散融入軟基體實現內應力調控的方法，以及適應深海低溫、高壓環境的電驅動人工肌肉融合製造方法；建立萬米深海軟機器人的系統構造方法和驅動理論。所研製的自供電軟機器人成功挑戰馬里亞納海溝，實現10900米海底深潛和驅動，在南海海平面以下3224米實現深海航行。該研究大幅降低深海機器人的重量及經濟成本，推動軟體機器人在深海工程領域的套用。

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2021年度中國十大科學進展10：北極游隼遷徙路線成因與長距離遷徙關鍵基因。科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心) 供圖

——揭示鳥類遷徙路線成因和長距離遷徙關鍵基因。“遷徙生物如何發現其遷徙路線？”一直是社會和學術界廣泛關注的議題，也是《科學》(Science)雜誌125個最具挑戰性科學問題之一。中國科學院動物研究所詹祥江等歷時12年，利用衛星追蹤數據和基因組信息，建立了一套北極游隼遷徙研究系統，發現游隼主要使用5條路線穿越亞歐大陸，西部游隼表現為短距離遷徙，東部為長距離遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉換過程中，冰川消退所導致的繁殖和越冬地變遷，可能是遷徙路線形成的主要歷史原因。研究還發現遷徙距離更長的游隼攜帶ADCY8優勢等位基因，該基因與長時記憶形成有關，表明長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎。該研究結合遙感衛星追蹤、基因組學、神經生物學等研究手段，通過多學科整合分析方法闡明了鳥類遷徙路線變遷成因和遺傳基礎。

中國科學十大進展遴選活動由科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心)牽頭主辦，至今已成功舉辦17屆，旨在展示中國重大基礎研究科學進展，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，開展基礎研究科學普及，促進公眾理解、關心和支持基礎研究，在全社會營造良好的科學氛圍。