日前，由中國科學(xué)院和中國工程院院士投票評選出的2020年中國十大科技進(jìn)展新鮮出爐，中國科學(xué)院副院長、中國科學(xué)院院士高鴻鈞發(fā)布了這十大進(jìn)展：嫦娥五號探測器完成我國首次地外天體采樣任務(wù)、北斗全球系統(tǒng)星座部署完成、我國無人潛水器和載人潛水器均取得新突破、我國率先實(shí)現(xiàn)水平井鉆采深海可燃冰、科學(xué)家找到小麥“癌癥”克星、科學(xué)家達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑、科學(xué)家重現(xiàn)地球3億多年生物多樣性變化歷史、我國最高參數(shù)“人造太陽”建成、科學(xué)家攻克20余年懸而未決的幾何難題、機(jī)器學(xué)習(xí)模擬上億原子：中美團(tuán)隊(duì)獲2020高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎項(xiàng)。記者采訪了院士專家，詳細(xì)解讀部分重大科技進(jìn)展。
水平井鉆采深海可燃冰，保障國家資源能源安全
中國十大科技進(jìn)展之我國率先實(shí)現(xiàn)水平井鉆采深海可燃冰：2020年3月26日，我國海域天然氣水合物第二輪試采成功，并超額完成目標(biāo)任務(wù)。天然氣水合物通常稱為可燃冰，在水深1225米的南海神狐海域的試采創(chuàng)造了“產(chǎn)氣總量86.14萬立方米、日均產(chǎn)氣量2.87萬立方米”兩項(xiàng)新世界紀(jì)錄。我國也成為全球首個(gè)采用水平井鉆采技術(shù)試采海域天然氣水合物的國家。
中國地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)部主任，天然氣水合物試采指揮部常務(wù)副指揮長秦緒文：可燃冰是天然氣水合物的俗稱，是天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀結(jié)晶物質(zhì)，因其外觀像冰，遇火可燃燒，所以俗稱可燃冰。可燃冰有這么四個(gè)特點(diǎn)：能量密度高，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1立方米天然水合物可以分解成160到180立方米甲烷氣體和0.8立方米的水;它含硫化氫、二氧化硫等雜質(zhì)比較少，所以清潔高效;分布區(qū)域廣泛，大部分分布在海洋中;資源量非常巨大，初步預(yù)測全球天然氣水合物資源量可以高達(dá)20萬億噸油當(dāng)量，各國對天然氣水合物開發(fā)利用均給予高度重視。我國天然氣水合物調(diào)查研究工作起步比較晚，1999年才開始系統(tǒng)性的調(diào)查工作，經(jīng)過20余年勘查工作，基本查明了我國天然氣水合物資源的分布狀況，預(yù)測我國海域天然氣水合物資源量約800億噸油當(dāng)量，這對保障國家資源能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。
加拿大、美國、日本等發(fā)達(dá)國家高度重視天然氣水合物勘查和試采工作，采用了多種方法進(jìn)行試開采研究，先后實(shí)施7次試采，但因出砂、產(chǎn)氣效率低等問題未實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在這些試采中，真正具有工程化意義的就是日本和我們國家實(shí)施的海域天然氣水合物試采。
2017年我國首次海域可燃冰試采成功，搶占了這一領(lǐng)域科技創(chuàng)新制高點(diǎn)。與日本相比，我們南海天然氣水合物儲層為泥質(zhì)粉砂地層，具有水深更深、埋藏更淺、滲透性更差、飽和度更低、顆粒更細(xì)、類型更為復(fù)雜等特點(diǎn)，是世界公認(rèn)最難開采的一種天然氣水合物類型。但是這種水合物類型有一個(gè)最大的優(yōu)勢，就是它在整個(gè)水合物資源分布中資源量最大，占90%以上，一旦這種水合物類型實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對于水合物資源開發(fā)利用的前景是非常廣闊的。
我國研究提出了“五步走”的發(fā)展路徑，其中2017年試采是探索性試采，重點(diǎn)解決能否安全持續(xù)產(chǎn)氣的問題，2020年的試采，是試驗(yàn)性試采，主要解決如何提高產(chǎn)氣規(guī)模的問題。
雖然第二輪試采取得多項(xiàng)重大突破，但在推進(jìn)天然氣水合物開采產(chǎn)業(yè)化過程中依然還面臨著很多的挑戰(zhàn)，后續(xù)的工作任務(wù)依然艱巨繁重。下一步，我們將堅(jiān)持科技創(chuàng)新引領(lǐng)，著力推進(jìn)資源勘查評價(jià)，基礎(chǔ)理論研究，試采技術(shù)攻關(guān)，裝備平臺建設(shè)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作，加快推進(jìn)我國天然氣水合物勘查開采產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
“人造太陽”點(diǎn)亮人類的未來能源夢想
中國十大科技進(jìn)展之我國最高參數(shù)“人造太陽”建成：我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”(HL-2M)12月4日在成都正式建成放電，標(biāo)志我國正式跨入全球可控核聚變研究前列，HL-2M將進(jìn)一步加快人類探索未來能源的步伐。該裝置是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是我國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，能實(shí)現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)我國核聚變能開發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置。
中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院、中國環(huán)流器二號M裝置項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉永：中國承諾2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，不向大自然凈排放。我們認(rèn)為核能是比較理想的能源，沒有溫室效能，儲量相對豐富，污染相對可控。
為什么叫人造太陽呢?人類享受陽光雨露，陽光來自太陽，太陽50億年來不斷地釋放能量，地球化石能源來自太陽聚變能，地球?qū)崿F(xiàn)聚變反應(yīng)也叫人造太陽。基本的過程也比較簡單，兩個(gè)氫核在一定條件下聚合形成更大原子核，就釋放大量能量，也就是氫彈爆炸的過程，也是現(xiàn)在追求核電聚變能夠發(fā)電的基本原理。
聚變發(fā)生條件非常苛刻，具體來說上億度的溫度，而且比較長時(shí)間穩(wěn)定在這個(gè)地方，不能像爆炸一樣。這給出基本原理，任何東西上億度早就熔化掉，強(qiáng)磁場是一個(gè)無形的東西，給出一個(gè)基本原理，像汽車輪胎一樣大的環(huán)，卡了很多線圈，線圈通上電以后產(chǎn)生非常強(qiáng)的磁場，在磁場里面這么高溫的東西全是帶電粒子，這些帶電粒子只能在磁場里跑，就像運(yùn)動員一樣跑得再快還在跑道上跑就不會撞到人這樣一個(gè)基本原理，這樣一個(gè)基本的東西在這樣的條件下實(shí)現(xiàn)核聚變，基本形狀是環(huán)形容器，中國環(huán)流器二號M裝置環(huán)流器就是這么來的。
中國環(huán)流器二號M裝置2020年12月份投入使用，溫度可以根據(jù)設(shè)計(jì)性能到1.5億度，大規(guī)模提高運(yùn)行參數(shù)。這個(gè)裝置能夠建成完全歸功于我們國家裝備制造業(yè)的發(fā)展。
這個(gè)裝置建成標(biāo)志著我們在大型托卡馬克設(shè)計(jì)建造運(yùn)行達(dá)到一個(gè)新的水平，為下一步聚變堆建設(shè)打下比較好的基礎(chǔ)。同時(shí)通過這樣一個(gè)裝置，也培育了聚變的新生力量，某種程度提升了相關(guān)產(chǎn)業(yè)裝備制造水平，也是國際合作很好的平臺。
北斗全球系統(tǒng)服務(wù)全球，造福人類
中國十大科技進(jìn)展之北斗全球系統(tǒng)星座部署完成：2020年6月23日9時(shí)43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。這是長征系列運(yùn)載火箭的第336次飛行，在測控、地面運(yùn)控、星間鏈路運(yùn)管、應(yīng)用驗(yàn)證等系統(tǒng)的強(qiáng)有力支撐下，此前發(fā)射的所有在軌衛(wèi)星都已入網(wǎng)。北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。
北斗三號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師謝軍表示，北斗三號系統(tǒng)的建成是我國航天人自主創(chuàng)新，萬眾一心，接續(xù)奮斗的成果。同時(shí)使我國航天基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)全球，造福人類。
“產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面北斗系統(tǒng)提供的高精度時(shí)間、位置這些基本信息可以大大提高我們所知道產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面非常重要工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施這些硬件和軟件方面生產(chǎn)效率，同時(shí)對設(shè)施質(zhì)量水平也能大大的提升，提高我們勞動生產(chǎn)率。”謝軍說。
在精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)設(shè)備播種施肥，建筑橋梁和大型建筑監(jiān)測測量上北斗系統(tǒng)都發(fā)揮重要的作用，整個(gè)系統(tǒng)的建成將使整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展利用北斗系統(tǒng)這些提供的服務(wù)，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加的智能，更加的高效，更加環(huán)保節(jié)能。“對于老百姓和人民生活方式帶來的便利與好處就更多了，目前應(yīng)該說我們市場上非常多的一些穿戴設(shè)備都具有了時(shí)間、位置的信息，這些信息都得益于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，當(dāng)然跟地面移動網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)也是緊密融合的。”謝軍說。
這些設(shè)備對老百姓的出行以及像今年疫情情況下無人設(shè)備應(yīng)用發(fā)揮了重要的作用。“下一步北斗系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)者們將確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，每個(gè)月進(jìn)行評估整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)要加強(qiáng)這個(gè)系統(tǒng)的市場應(yīng)用推廣，我們在國內(nèi)已有廣泛應(yīng)用GPS系統(tǒng)的成果基礎(chǔ)上，把北斗系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。此外現(xiàn)在已經(jīng)啟動研究設(shè)計(jì)服務(wù)精度更高，環(huán)境適用性更強(qiáng)，用戶使用更便捷更安全的下一代北斗系統(tǒng)，加強(qiáng)與人工智能、大數(shù)據(jù)、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合，在瞄準(zhǔn)2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家PNT體系。”謝軍說。
