2013年國內十大科技新聞解讀高新成果比比皆是

　　

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　　2013年，中國科技界把攢了多年的能量一下子釋放出來，高新成果比比皆是，以至于評委會只得忍痛割愛。

　　由科技工作者、資深科技記者和廣大讀者評選出來的2013年十大國內科技新聞，堅持以往的全面視角——納入考察的候選項不僅涵蓋象征國家實力的工程成就，還有各科學領域的前沿成果，以及社會普遍關注的熱點科技事件。最終入選的十條新聞，有一些是社會大眾熟悉和關注的，還有一些貌似冷門，但對各自學科的發展十分關鍵。通過本篇解讀，科技日報將深入剖析這些重大新聞事件的來龍去脈。

　　?運-20大型運輸機首飛成功

　　運-20，萬眾期待，代號“鯤鵬”，外形渾圓，如果說之前的中國研發的各種新機形如殲-20者更像健美運動員，運-20更像個蒙古摔跤手。網友管它叫“大胖鳥”。

　　1月26日，運-20大型運輸機首飛成功。它以超過60噸的載重量，220噸的最大起飛重量，躋身全球十大運輸機之列。就在兩周前，第二架運-20原型機又完成了飛行測試。這進度確實快。

　　1980年代，世界上有四個半國家能制造大飛機，都是安理會常任理事國，其中的“半個”就是中國。中國曾造出過起飛重量超100噸的運-10并試飛成功，但后來放棄了，以至于前幾年經常聽到網友埋怨：“唉，當初如果運-10不下馬……”運-20首飛成功，讓這遺憾的一頁翻了過去。

　　運-20的航程超過7800千米，讓中國能夠長距離迅速投送物資、人員。中國空軍也看到了變身戰略空軍的希望。有了運-20，中國的空中加油機和預警機找到了合適載體。話說十多年前，國內自研預警機缺乏大飛機平臺，據說也是運-20項目啟動的重要原因。

　　目前中國的大型運輸機是從俄羅斯進口的20多架伊爾76。前幾年抗震救災中，中國空運力量的缺乏十分明顯。有分析指出，中國至少需要300架甚至更多的大型運輸機，外加數十架空中加油機和預警機。因此運-20可謂生逢其時。

　　中國近幾年飛機研發加速，得益于制造能力的突飛猛進。媒體報道說，運-20就采用了中國領先世界的3D打印技術。

　　當然，大飛機改進之路還很長。今后的中國大型運輸機的能力，依賴于發動機等關鍵環節的技術水準。話說紅色蘇聯那架超級運輸機“安-225”，起飛重量竟然可以達到640噸，能背負“暴風雪”航天飛機上天。這樣名垂青史的超級機器，才反映出超級大國的工業實力。

　　?首次觀測到量子反常霍爾效應

　　當電子被約束在二維平面上，外加強磁場，它前進的軌跡會變彎。磁場特別強的話，電子甚至原地打轉。這種現象叫“霍爾效應”。當磁場越來越強，霍爾效應給電流造成的阻力會階梯式躍增(也就是說，只呈現為某個值的整數倍)，而非直線式上升。這就叫“量子霍爾效應”。

　　在1980年代，為了呈現量子霍爾效應，需要一臺冰箱大小的磁設備，制造出比地球磁場強百萬倍的“小環境”。這臺冰箱能省下來嗎?1988年，有人提出一種可能的“反常”的磁場設置。這思路啟發了物理學家，進而追求“量子反常霍爾效應”。但所需材料和結構難以制備，因此進展緩慢。

　　25年過去，中國人率先攻占這一高地。今年4月，來自中科院和清華大學的團隊在《科學》雜志發表論文：他們利用新思路制造出合適材料，并觀察到了量子反常霍爾效應。楊振寧教授評價它為“諾獎級發現”。因為，1980年和1982年分別發現的“整數”和“分數”量子霍爾效應(后者有華裔科學家崔琦的貢獻)，后來均獲物理諾獎。而“反常”量子霍爾效應是這個家族里的最后一個大發現。

　　既然的確存在量子反常霍爾效應，我們就有可能制造出一種不發熱的、且不需外加磁場的集成電路。

　　電子在導體內部飛奔時，經常撞上路障，革命道路無比曲折。“摩擦生熱”，使得芯片滾燙。有一種讓電子不再跌跌撞撞的辦法——利用霍爾效應，電子可以“貼邊遛”，在導體外緣走出一條極為規則，且避開導體深處路障的“胡志明小道”。

　　須知，集成電路繼續微縮的瓶頸，就是芯片太燙。一旦(當然也可能遙遙無期，科學家并沒有承諾)無需強磁場也能把霍爾效應用到機器上，CPU的摩爾定律將繼續有效，超級計算機將縮小到IPAD的尺寸，電腦降溫難題也會壽終正寢。

　　?神十開創我國載人航天應用性飛行先河

　　6月11日，神舟十號飛船成功發射并訪問天宮一號，開創中國載人航天應用性飛行的先河。在經過15天太空飛行后，神舟十號載人飛船返回艙在內蒙古預定區域安全著陸，飛行任務圓滿成功。

　　在軌飛行期間，神舟十號飛船與天宮一號進行了一次自動交會對接和一次手控交會對接。這是一次高調的、讓人羨慕嫉妒恨的太空之吻。

　　更讓人驚奇的是，3名航天員聶海勝、張曉光、王亞平在天宮一號首次開展太空授課活動。通過直播，全國至少有6000萬學生上著他們魔術般的太空授課，彼時世界最拉風的教師大概非他們莫屬。

　　對于一位小學生“您能看到UFO嗎?”的疑問，在離地面300多公里的王亞平回答說，“透過舷窗，我們可以看到美麗的地球，也可以看到日月星辰，但我們沒有看到過UFO。另外，我要告訴你一件奇妙的事情，我們每天可以看到16次日出，因為我們每90分鐘繞地球轉一圈。”

　　這樣一堂現身說法的科普課，不僅帶給廣大青少年巨大驚喜，而且進一步激發他們崇尚科學探索未知的熱情。

　　從無人到載人，從一人到三人，從太空行走到交會對接，從天地對話到太空授課……每一次跨越都見證我國科技的進步和航天人的精神追求。本次應用性飛行不僅驗證和鞏固交會對接技術和航天員在軌駐留相關技術，還將開展空間站建造相關的技術實驗，更加注重為空間站建造積累經驗。

　　?“天河”重奪世界超級計算機頭名

　　愛上超算之王“天河二號”需要理由嗎?

　　在6月德國萊比錫的“2013國際超級計算大會”上，由國防科技大研制的天河二號超級計算機，躍居第41屆世界超級計算機500強排名榜首，這是繼2010年天河一號首次奪冠之后，中國超級計算機再次奪冠，成績令人艷羨。

　　在大數據時代，作為一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦，超級計算機無疑是計算機大家族里的“高富帥”。超級計算機的功能最強、運算速度最快、存儲容量最大。它對一國的安全，經濟和社會發展所做的貢獻，不容小覷。正因為它如此重要，所以許多有遠見的國家不惜砸鍋賣鐵，也要下大力氣研究超算。

　　當今的超算“狀元”天河二號不僅干活多，而且“飯量”還很大。它每日運行所消耗電費超30萬人民幣。天河二號運算1小時，相當于13億人同時用計算器計算1000年，其存儲總容量相當于存儲每冊10萬字的圖書600億冊。較之上屆“狀元”美國“泰坦”，天河二號更是有過之而無不及，計算速度是“泰坦”的2倍，計算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相當。

　　作為億億次級超級計算機，天河二號自主創新了新型異構多態體系結構。可高效支持大數據處理、高吞吐率和高安全信息服務等多類應用需求。此外，它的微異構計算陣列和新型并行編程模型及框架，提升了應用軟件的兼容性、適用性和易用性。天河二號服務陣列采用了該校研制的新一代“飛騰-1500”CPU，這是當前國內主頻最高的自主高性能通用CPU。

　　天河二號，你值得擁有。

　　?成功研發人感染H7N9禽流感病毒疫苗株

　　幾年前，有首歌風靡一時：“我不想說我很清潔/我不想說我很安全/可是我不能拒絕人們的誤解/……一樣的雞肉/一樣的雞蛋/一樣的我們咋就成了傳染源/禽流感/很危險/誰讓咱有個鳥類祖先……”

　　這首歌從第一人稱的角度談到禽流感給人們帶來的恐慌。禽流感是由病毒引起的動物傳染病，禽流感病毒屬于甲型流感病毒，通常僅感染鳥類動物。人感染禽流感，是由禽流感病毒引起的人類疾病，感染后的癥狀主要表現為高熱、咳嗽、流涕、肌痛等，嚴重者心腎等器官功能衰竭從而導致死亡。

　　禽流感病毒并非“獨生子女”，感染人的禽流感病毒亞型有H5N1、H9N2、H7N7等諸多兄弟姐妹。今年3月，我國在全球首先報告發現H7N9禽流感病毒。該病毒可由禽傳染給人，引發重癥肺炎并危及生命。而科學研究也發現，H7N9病毒有可能越過種屬，實現人與人之間的有效傳播。

　　宛如一匹烈性黑馬，H7N9亞型禽流感病毒一出世，便伴隨晴天一聲霹靂。它是一種新型禽流感，以前從未發現過人的感染情況。如今人感染的H7N9禽流感病毒是世界首次發現的新亞型流感病毒，至今尚無疫苗。

　　它來了，小伙伴們該怎么辦?

　　一物降一物。10月26日，我科學家宣布成功研發出人感染H7N9禽流感病毒疫苗株。對于H7N9禽流感病毒，研究者是有一手的。他們通過反向遺傳技術，以PR8質粒為病毒骨架，與自行分離的病毒株進行基因重排，從而成功研制出H7N9流感疫苗種子株。為確保安全性，科研人員將種子株在無特殊病原體的雞胚中連續傳代15代，經測序證實遺傳穩定，未發生變異。這一成果為及時應對新型流感疫情提供了有力的技術支撐，并為全球控制禽流感疫情做出了貢獻。

　　?實現體細胞重編程技術重大突破

　　提起誘導多能干細胞(iPS)，關心科學進展的人不會陌生。去年的生物諾獎，就因為iPS頒給了山中伸彌和湯姆森。利用“逆轉錄病毒”，將四個不同作用的關鍵基因運進體細胞，成年體細胞就可以變回“幼年狀態”——iPS細胞。后來人們發現，iPS能變做神經元、皮膚細胞等功能細胞，很大程度上近似于胚胎干細胞。iPS能夠回避胚胎干細胞的倫理爭議，從而備受歡迎。制造iPS的不同方法也陸續被發現。自此iPS成為干細胞領域最熱的研究方向，5年來，許多媒體也將之評為最重大的科學突破之一。

　　今年7月，北京大學的科學家發表在《科學》雜志的文章中，提出一種成功將體細胞制成iPS的新方法，讓iPS的研究和應用變得更現實。先前，為體細胞“重編程”是一件復雜、失敗率很高的過程。而北京大學團隊提出的方法十分簡單和安全。僅使用4個小分子化合物的組合對體細胞進行處理，他們成功地用小分子化合物替代掉了3個基因，僅使用Oct4這一個基因就完成了體細胞重編程;另一方面，他們還試驗用其他3個基因，配合替代Oct4的一種小分子化合物，也成功轉化了體細胞。

　　為了找到合適的轉化物，北京大學團隊從2008年開始試驗了上萬個小分子化合物。2011年底，他們終于制造出“化學誘導的多潛能干細胞”，之后他們又用了一年多的時間做后續工作，并分析了其中的分子機制。利用這種新方法，實驗團隊把成年小鼠的肺部成纖維細胞變成了一只健康小鼠。

　　各國之所以大力資助干細胞研究，是希望干細胞能變出健康的器官和組織，人造器官以至于肢體再生就能成真，生老病死的許多痛苦也就可以避免。甚至有人說，干細胞療法能讓人活到兩百歲以上。

　　但人們對干細胞的“脾氣”至今還摸不清楚。中國科學家此次的創舉，有助于人們更好地理解“細胞的命運”。假如治病需要的細胞功能，能直接通過小分子化合物重塑，那就好比移植器官的手術改成吃藥片，給我們省大麻煩了。

　　?拍攝到氫鍵的清晰照片

　　在你身體里，還有籠罩你的空氣里，分布著數不清的氫鍵，它對于你的生存必不可少。

　　只帶一個電子的氫原子，如果碰上氧原子等喜歡招募電子的家伙，它的電子就傾向于叛逃。剩下一個光桿司令：帶電荷的氫原子核，它自然就親近相反電荷的其他原子。這種原子之間的勾兌就叫氫鍵。

　　比起牢牢綁定原子的化學鍵，氫鍵的強度很小，但影響很大。比如DNA雙鏈中的堿基配對就是氫鍵作用;蛋白質能成形，也要感謝氫鍵出手;水在結冰時不縮反脹，正是因為氫鍵的效應。

　　11月，國家納米科學中心的團隊在《科學》雜志上發表文章：他們利用原子力顯微鏡技術，實現了對分子間局域作用的直接成像，在國際上首次直接觀察到了分子間的氫鍵。他們觀測一個吸附在銅晶體表面的8-羥基喹啉分子，拍下了高分辨率圖像。

　　此前，對氫鍵特性的研究主要借助于X射線衍射、紅外和拉曼光譜、中子衍射等技術來間接分析，人們從來沒有真正地看到過氫鍵。科學家打了個比方：“相當于以前可以從太空中看到地面的人排成一行，現在是第一次看到原來這些人之間是手拉著手。”根據氫鍵的照片，科學家測量出了它的鍵長及鍵角。

　　在這張黑白照片上，規則的灰、黑、白色塊拼在一起，像幾塊龜甲緊緊挨著，也像一塊蜂巢，還像常見的珊瑚化石。幸虧這次中科院拍到的只是幾個原子的連接，要把幾百個原子擁擠的照片發出來，大家的密集恐懼癥都得發作。

　　盡管1936年科學家就正式提出了氫鍵概念，但迄今氫鍵的本質還有爭論。這次，中科院團隊改造了儀器，自制原子力顯微鏡的核心部件，實現了氫鍵觀測。

　　?證實鹽堿土大量吸收二氧化碳

　　大家都知道，鹽堿地克樹，樹克二氧化碳。那鹽堿地跟二氧化碳是什么關系呢?中國科學家今年證明，鹽堿地也克二氧化碳。

　　在進行全球碳平衡研究和估算中，科學家們發現，有近20%的二氧化碳排放去向不明，這被稱為“碳失匯”問題或“碳黑洞”問題。今年11月發表的研究成果中：中國科學家領導的一個科研團隊給出了解釋——堿土能夠吸收二氧化碳。

　　2009年初啟動的973項目——“干旱區鹽堿土碳過程與全球變化”，由中國科學家領銜，來自中國、德國、比利時的58名科學家在近5年的時間里發表了200篇論文。研究和證實了鹽堿土對二氧化碳的吸收。鹽堿土吸收無機碳，既是化學過程，也包括物理過程和生物過程。

　　科學家們認為：通過綠洲區農田灌溉淋洗、荒漠區洪水以及地下水波動，接觸鹽堿土的水變成咸水，并溶解和攜帶大量二氧化碳，最后進入地下咸水層，從而形成碳匯。地下咸水層也是干旱區物質的最終歸宿地。

　　科學家發現，干旱區地下咸水是一個巨大的活動無機碳庫，是陸地上土壤、植物之外的第三個活動碳庫，其量級初步估計可達1萬億噸。就其屬性特征和形成特點看，這個無機碳匯(庫)更接近海洋而非陸地上土壤、植物碳匯(庫)。實測數據顯示，沙漠下咸水的可溶性無機碳碳含量大于海水2倍。科研團隊還提出了定量計算公式。

　　干旱區鹽堿土的開發必然需要洗鹽，而洗鹽過程形成碳匯。從這個角度看，干旱區人類活動的加劇，讓空氣里的二氧化碳變少了。這真是個好消息。不過碳排放向來復雜難解，今后會不會有不同的聲音呢?殊難預料。不論如何，沙漠下面那片浩瀚的咸海，還真是蘊藏科學謎題的一個寶庫。

　　?4G牌照頒發，電信業進入新時代

　　當不少手機用戶還在為自己所使用的3G網絡洋洋得意時，更具土豪氣質的4G悄然而至。12月4日，工信部正式向三大電信運營商——中國移動、中國電信、中國聯通頒發了TD-LTE制式的4G牌照。等待多時的4G牌終于發布，中國正式進入全新的4G時代。

　　4G帶來的通信時代將是高端大氣上檔次的，包括用戶網速、語音通話、移動互聯網、電子商務、智慧城市等等會煥然一新。

　　不可否認，4G時代的到來將掀起一輪手機更換潮。在中國，喜新厭舊的人不少，他們恨不得每天換一個新伴侶——手機，只要手機出現一點點的緩沖，就煩躁得想換掉它。在求新、求快的心態下，更換4G手機無疑是“居家旅行、必備良藥”。

　　工信部向三大電信運營商頒發了“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務(TD-LTE)”經營許可。此次4G牌照的發放打破了電信和聯通對于固網牌照的壟斷，實現了三大運營商“固網+移動”的格局。

　　此次4G牌照的發放也是一種國際style。目前全球有20多國采用TD-LTE和FDD-LTE的商用雙模網絡。我們自然不能落在國際友人的后面。對于TDD和FDD制式的無線電頻率，我國已經規劃。工信部表示要在方便國內用戶使用移動通信的同時，統籌發展TD-LTE和FDD-LTE。

　　長江后浪推前浪，前浪死在沙灘上。此輪4G牌照的發放無疑將加速國內手機行業的新一輪洗牌。中國消費者求新、求快的心態下，更換4G手機無疑是首選。十年前，能擁有一部黑白屏幕的諾基亞手機，似乎是此生無憾了。而今，誰的手機屏幕更大、誰的厚度更薄、誰的網速更快已經成為茶余飯后的一個談資。有專家預計到2014年，4G手機在國內市場的銷量會接近1億部并拉動15%的消費需求。

　　電信業的每一輪發牌都伴隨著巨大的關注。如何發放牌照，給哪些運營商發放，牌照的具體標準是什么……這一切都會給今后電信發展帶來悄然無聲的影響。

　　10 嫦娥三號成功落月

　　12月14日，來自千里之外的“女漢子”嫦娥三號帶著寵物 “玉兔”號月球探測器叩開廣寒宮清冷的大門。

　　當天，嫦娥三號在月球虹灣預定區域成功著陸，并在15日凌晨與“玉兔”分離。

　　對于女漢子來講，登月最難的技術環節是軟著陸。軟著陸意味著她需要經主減速、快速調整、接近、懸停、避障和緩速下降等6個階段，相對速度從每秒 1.7公里逐漸減為0。在距離月面100米高度時，女漢子暫時停下腳步，對著陸區進行觀測，以避開障礙物、選擇著陸點。在以自由落體方式走完最后幾米之后，平穩“站”上月面的4條著陸腿觸月信號顯示順利著陸。

　　落月后，女漢子為太陽翼和定向天線展開、設備工作模式調整等月面初始化工作緊張忙碌著，之后在地面控制下，著陸器與巡視器成功分離和互相拍照。忙里偷閑之余，美麗的女漢子不忘拍下帶有五星紅旗標示的畫面留作紀念。

　　中國探測器首登地外天體之舉使得我國成為世界上第三個實現地外天體軟著陸的國家。著陸區之所以選在虹灣區域，主要是考慮到著陸區的地形地貌條件、月面通信條件、太陽光照條件等因素。此前，世界上僅有前蘇聯、美國成功實施了13次無人月球表面軟著陸。不同于國外的軟著陸方案，嫦娥三號的軟著陸過程設有懸停和避障階段，探測器可對著陸區地形地貌進行精確勘察，識別出月面斜坡、石塊、坑凹等危險地形，提高了著陸的安全性、可靠性。

　　在本次探月之旅中，嫦娥三號將獲取月球內部的物質成分并進行分析，將一期工程的“表面探測”引申至內部探測。嫦娥三號著陸器定點守候，月球車在月球表面巡游90天，抓取月壤在車內進行分析，并把數據直接傳回地球。

　　不要迷戀女漢子，因為在38萬公里外，她只是個美麗的傳說。