2016：观察者网读者最爱的中国十大科技进展
【文/ 观察者网】
2016年，中国航天人交出的成绩单格外耀眼：新型火箭首发成功、首个海滨航天发射场建成使用、天宫二号和神舟十一号载人飞行任务圆满成功、多颗卫星发射升空……2016年，中国航天发射年度数量首次突破20次，目前这是只有美国和俄罗斯这样的航天强国才有可能完成的任务。而近年来，中国航天发射的可靠指数已经高于俄罗斯和美国。
据《2016中国的航天》白皮书介绍，未来十年我国预计将发射约100颗卫星，2020年左右发射首个火星探测器，下一代重型运载火箭或将在2030年首飞。
2016年，在“韩春雨事件”、“中国该不该上马超大对撞机”、“量子通信是否靠谱”、“脉冲星试验卫星能否导航”等科学争论中，面对高深的科学话题，通过互联网和新媒体，中国公众能在网上直接看到大师级科学家的公开文章和观点，甚至在一定程度上参与讨论。
上面这些科学争议，有些已经得到澄清解释，有些很快可以等到最终调查结论，有些则还要更多的评估和考量。但这至少说明，中国公众的科学素养和对科学的关注度都在提高，非理性、不科学的宣传已经不能轻易“忽悠”中国人了。
和往年一样，2016年中国的科技进展根本数不过来。参考网友的关注度，观察者网评选了以下10大亮点，与大家一同回顾。
长征五号/长征七号
2016年6月25日和2016年11月3日，长征七号运载火箭和长征五号运载火箭分别从海南文昌航天发射中心成功发射。长征五号和长征七号是“一个系列、两种发动机、三个模块”发展思路下的产物。
“三个模块”是指使用液氧/液氢的5米直径模块，使用液氧/煤油的3.35米直径模块、2.25米直径模块；“两种发动机”是指新研制的地面推力50吨YF-77氢氧发动机和地面推力120吨YF-100液氧/煤油发动机；在三个模块基础上第一步组合制造出5米直径芯级的大型运载火箭，再进一步组合制造出3.35米直径芯级的中型运载火箭和小型运载火箭，最终形成近地轨道运力覆盖1.5-25吨，地球同步转移轨道运力覆盖1.5-14吨的“一个系列”。
虽然中国的商业卫星发射成功率基本上是全世界顶尖水平，而价格也相当实惠，但是，由于美国在航天方面对中国的各种限制——只要在航天器或者卫星上使用了美国的设备或者芯片，就不允许使用中国的火箭进行发射，也不允许安装在中国总装的卫星上。这就导致中国在世界商业卫星发射市场的份额非常低。如果美国放弃对中国的限制，那么，长征七号系列火箭绝对会是未来欧洲的阿里亚娜6的强劲的对手。
长征五号首飞意义也十分重大，它标志着中国航天事业有了重型运载工具，从此中国在浩瀚的宇宙有了更为宽广的活动舞台。除了美国的德尔塔4号重型运载火箭之外，无论是未来的日本H3还是欧盟的阿里亚娜6，还是现役俄罗斯的安加拉5运载火箭和美国宇宙神5号运载火箭在长征五号系列运载火箭面前大多稍逊一筹。
长征五号
神舟十一号/天宫二号
9月15日，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心成功发射升空。10月17日，神舟十一号飞船在中国酒泉卫星发射中心成功发射。在2天后，神舟十一号飞船与天宫二号实现成功对接。
天宫二号有三项主要使命：
一是与神舟11号载人飞船对接，完成航天员30天的在轨驻留任务，考核航天员长期生活和工作的各项保障技术。
二是接受我国首艘货运飞船天舟1号的访问，预计在2017年4月，天舟1号货运飞船发射入轨后经变轨与天宫-2交会对接构成组合体，进行推进剂补加试验，考核验证推进剂在轨补加技术。
三是开展大规模空间科学和应用实验，以及在轨维修和空间站技术验证等试验。值得指出的是天宫二号上装载的世界第一台空间冷原子钟是目前在空间运行精度最高的，约3000万年才会产生1秒的误差。其上的γ射线暴偏振探测仪将探测研究遥远宇宙中突然发生的γ射线暴现象和太阳耀斑，深入地研究宇宙结构、恒星演化、黑洞形成以及γ射线暴爆发的物理机制。
根据三步走的发展规划，中国已经通过发射神舟5号实现了用载人飞船将航天员安全地送入轨道并安全返回地面，发射神舟10号与天宫一号成功交会对接掌握航天员太空行走和空间交会对接技术。下一步就是在2020年左右建成长期载人的大型空间站，大规模、长时间开发太空资源。
由此可见，天宫二号及其和神舟十一号和将来天舟1号的对接将为中国后续空间站建造和运营验证技术、积累经验，对于推进我国载人航天事业有着承前启后的作用。
航天员景海鹏(右)在天宫二号介绍太空中的植物栽培情况
量子卫星/京沪量子干线
2016年8月16日，中国首颗量子科学实验卫星“墨子”在酒泉成功发射升空。紧接着，在第三届世界互联网大会的科技成果发布会上，潘建伟院士透露上海到合肥的量子干路当日开通。目前在建的“京沪干线”项目是连接北京、济南、合肥、上海等城域网络且全长2000多公里的量子保密通信线路，将成为全球首个也是距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路。
对于“京沪干线”项目取得阶段性成功，标志着中国在量子通信产业化方面，正在国际上担当 “领跑者”的角色。对于中国发射的全球首颗量子卫星，这不仅仅是中国迈出构建量子通信网络的第一步，也是一个非常好的用于做远距离纠缠分发和量子隐形传态的基础科学研究的平台，用来做远距离纠缠分发和量子隐形传态的基础科学研究，对量子物理的发展有重大推动作用。
对此，维也纳大学物理学教授Anton Zeilinger（潘建伟院士的导师）评论：
“我们正在与QUESS（Quantum Experiments at Space Scale，空间尺度的量子实验）的团队进行合作，我们负责搭建欧洲的地面站。合作进行得很顺利。在我看来，中国和奥地利之间实现洲际量子密钥分发将是最有趣的。未来，全球范围的量子互联网必然包括地面网络连接和空间网络连接，而QUESS将首次提供洲际网络链接。这是首次实现全球尺度下的量子通信，是迈向未来量子互联网的重要一步。另外，它将提供迄今为止最大尺度的量子纠缠验证，未来如果运行顺利，它也一定会为相对论的验证提供重要信息。中国在基础量子实验及其应用领域都做得非常出色。在下一次量子革命中，中国无疑是一个主要参与者。”
量子科学实验卫星
FAST启用
9月25日，国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜（FAST）落成启用，习近平总书记发来贺信，贺信中指出，天文学是孕育重大原创发现的前沿科学，也是推动科技进步和创新的战略制高点。500米口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用，对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。
由于望远镜的角分辨率是被电磁波的衍射特性决定的——望远镜的角分辨率与望远镜的主反射镜的直径成反比，而与工作的波长成正比。如果角分辨率越小，则对遥远目标的观测就越清晰。虽然有一些媒体竭力吹捧FAST领先国际20年，但其实际上FAST射电望远镜的角分辨率是相对有限的，其优势在于具有极高的灵敏度、受大气干涉影响小和巡天速度效率高。一些媒体所谓的“可以聆听外星人的声音”之流可能并非FAST的应用目标。实际上，FAST主要用于实现巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星等科学目标和空间飞行器测量与通讯等应用目标，一些媒体为了博人眼球给出的一些比较有噱头的应用和过度的赞誉未免有失客观。
虽然是FAST中文名为500米口径球面射电望远镜，但FAST并不仅仅是一台望远镜——FAST也可作为非相干散射雷达接收系统，相当于放在云贵高原上的一部超大型被动式雷达，守护着祖国大西南的领空。
FAST
我国科学家领衔绘制全新人类脑图谱
中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心蒋田仔团队联合国内外其他团队，经过6年努力，成功绘制出全新的人类脑图谱：脑网络组图谱。它比目前最常用的由德国神经科学家布罗德曼在100多年前绘制的脑图谱精细4—5倍，第一次建立了宏观尺度上的活体全脑连接图谱。
人类脑图谱是理解脑的结构和功能的基石。全新的脑图谱为在宏观尺度上研究脑与行为的关系提供了不可或缺的工具，将加深对于人类精神和心理活动的认识，为理解人脑结构和功能开辟了新途径，并对未来类脑智能系统的设计提供重要的启示，能让临床神经精神疾病治疗技术取得跨越式发展。
目前，我国的这项脑网络组图谱已实现开放共享，引起国内外同行高度关注，如国际神经信息学协调委员会已在第一时间在线发布了该图谱，欧盟人脑计划也即将在其神经信息平台公开发布该图谱。
中国埃博拉疫苗在非洲研究再获重大突破
军事医学科学院生物工程研究所陈薇研究员团队研发的重组埃博拉疫苗（rAd5-EBOV），在非洲塞拉利昂开展的Ⅱ期500例临床试验取得成功，这是我国疫苗研究首次走出国门后的历史性突破。
12月23日凌晨，国际著名医学杂志《柳叶刀》（The Lancet）在线发布了相关科研论文。
我国研制的重组埃博拉疫苗，为全球首个2014基因型，针对性强，且首创冻干粉剂型，37℃环境下可稳定存储3周以上，适合应急条件下的广泛使用，现已具备大规模生产技术条件。
此前，2014年12月，该疫苗在泰州中国医药城进行了中国人群Ⅰ期临床试验，共招募120名志愿者，相关研究结果于2015年3月24日发表在《柳叶刀》。2015年4月，李兰娟院士牵头在浙江大学第一附属医院开展了在华非洲人Ⅰ期临床试验，共招募61名志愿者，为我国境内开展的首个针对非中国人群的临床试验。
此次，《柳叶刀》杂志再次刊发中国疫苗在该领域的相关研究成果，同期也刊发了WHO牵头在几内亚开展的埃博拉疫苗（rVSV-EBOV）相关工作，还于同一天在《柳叶刀·全球健康》（The Lancet Global Health）刊发了中国人群疫苗加强免疫后产生高水平免疫反应并长时间持续的研究结果，标志着我国应急疫苗研发水平得到国际同行的高度认可。
面对致死率最高、传播范围广泛、全球严重恐慌的埃博拉疫情，我国科学家取得的完全具有自主知识产权的相关成果，既展示了我国生物医药领域科技创新的实力跃升，也是我国防控烈性传染病疫情能力的一次实战检验，对国家生物安全具有重要战略意义。
高海拔宇宙线观测站开建
今年7月，我国最新天文大科学装置——“高海拔宇宙线观测站”（LHAASO）项目在四川省稻城县海子山开始基础设施建设，预计5年内建成。项目预算高达12亿元，是中国2012-2030年优先规划的16项重大科技基础设施之一。
中国的宇宙射线研究始于1951年，是建国初期最早建立起来的物理学研究课题之一，目前国内宇宙射线研究的地面实验主要在位于西藏念青唐古拉山脚下的西藏羊八井实验宙线观测站进行。新的高海拔宇宙线观测站将建在四川省甘孜州稻城县海子山，平均海拔4410米，距离稻城亚丁机场10公里。该项目一旦建成，观测站有效观测面积将达到100万平方米，观测到的宇宙线能量覆盖范围从一亿兆电子福特到一万亿兆电子福特，足以和南极的中微子天文台、位于阿根廷的极高能宇宙观测站相媲美。
有关宇宙线起源的研究将揭示超新星爆发、黑洞吸积等天文现象和宇宙起源，曾于2002年被美国国家科学研究委员会列为21世纪11个需要解答的宇宙相关问题。由于宇宙线中大部分都是带电粒子，在传播过程中会受到星际磁场而偏转，到达探测器时早已失去了原初的方向信息，从而无法根据所探测到的宇宙线到达方向来反推出源的方向。而只有极高能粒子、不带电的光子和中微子受磁场偏转较小或者不受磁场的调制，能保留源的方向信息。
由于极高能粒子流强非常低，大约1 km^2 的面积经过100 年才能收集到一个极高能事例，要得到足够的统计量就需非常大的探测面积以及很长的探测时间。而中微子是弱相互作用粒子，与物质发生相互作用的截面很小，非常难于探测，要探测到中微子就需要庞大的探测介质。相比之下，探测γ 射线容易许多——高能γ 光子，有可能产生于强子过程，也可能产生于轻子过程。如果能谱测量能证明γ 产生于强子过程，就间接地找到了宇宙线源。
因此，要想解开宇宙线起源之谜，就需要发现足够多的甚高能伽马源样本，对这些源作深度观测、大范围的能谱测量和尽可能宽广的多波段观测研究，分析其伽马射线的辐射机制，进而研究产生这些伽马射线的宇宙线粒子的加速机制和宇宙线的传播机制，而这就是建设高海拔宇宙线观测站的目的所在。
西藏羊八井宇宙线国家野外科学观测研究站
百亿亿次超算进入研制阶段
在神威太湖之光以近三倍于天河二号的运算速度登顶世界超级计算机排行榜之后，在国家“十三五”高性能计算专项课题中，中科曙光、国防科技大学和江南计算技术研究所同时获批进行Ｅ级超算的原型系统研制项目。
E级超算是性能有多强呢？清华大学杨广文教授曾比喻“神威·太湖之光”的计算能力：它计算一分钟，相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。而E级超级计算机的性能会是神威太湖之光的8倍，需要全球人用计算器计算250年。虽然目前三家各自做原型机研制，但由于只是原型机预研，而且E级超算是国家项目，所以也不排除三家合作建造E级超算的可能性，这样可以整合国内三家研制单位的技术优势，比如集合神威的处理器，国防科大的互联网络，曙光的散热设备和在应用上的经验等。
目前，美国、欧洲、日本也启动了各自的E级超算计划。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室计算科学部门主任、美国能源部E级超算项目硬件技术副主任John Shalf表示，美国计划在2023年底开发完成2套E级超算系统，这2套系统必须满足峰值性能至少是目前美国最快超算的50倍以上，功耗大约为20MW。欧洲IT4Innovations 捷克国家超算中心和德国斯图加特超算中心也有计划开发E级超算。虽然日本文部科学省发表了后续基本设计方针：“在发展方针中，日本文部科学省不再追求世界第一的计算速度，而是将目标由加快计算速度转向了加强节能及便捷功能”，但日本富士通也发布了PPT，宣称要在2020年建成E级超算Post-K，而且新超算放弃了SPARC芯片，采用ARMv8指令集的芯片。不过，据消息称，即便一切顺利，Post-K问世的时间也要推迟的2021或2022年。
在100P超算竞赛中，中国已然拔得头筹，中国能否在E级超算的竞争中力压美、欧、日，则交给时间检验了。
神威·太湖之光
捕获马约拉纳费米子
今年6月，上海交通大学科研团队在实验室里成功捕捉到了一种物理学家寻找多年的神秘粒子——马约拉纳费米子。这种粒子既是困扰物理学界80多年的正反粒子同体的特殊费米子，也是未来制造量子计算机完美选择对象之一。
在物理学领域，科学家把构成物质的最小、最基本的单位叫做“基本粒子”，它们是在不改变物质属性前提下的最小体积物质，也是构成各种各样物质的原材料。粒子可以分为两大类：费米子家族（如电子、质子）和玻色子家族（如光子、介子）。一般认为，每一种粒子都有它的反粒子，费米子和它的反粒子非常相似，但性质相反，两种粒子遭遇后产生的能量会让它们瞬间湮灭。1937年，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中可能存在一类特殊的费米子，这种费米子的反粒子具有相似的性质，这种费米子被称为“马约拉纳费米子”。
有观点认为至今还没有被直接观测到的中性超对称费米子很可能组成了宇宙中大多数甚至全部的暗物质，而这种中性超对称费米子可能就是一种马约拉纳费米子。因此，观测到复合的马约拉纳费米子，对于揭开暗物质的谜团也许又进了一步。此外，马约拉纳费米子被认为在量子计算中可用来形成稳定的比特，这使其拥有被用于量子计算机的技术潜力。
上海交大贾金锋教授在实验室检测试验结果
《国家科学评论》进入全球综合期刊前五
美国时间6月13日，汤森路透公布了2015年度期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCR）。2014年创办的我国第一份英文版综述性学术期刊《国家科学评论》（National Science Review，NSR）成为亮点之一，它的首个影响因子达到8.0，在全球综合类期刊中紧随《美国科学院院刊》，位列第5名。
一直以来，中国科技期刊水平滞后于中国的科研水平，加上一些考核机制的影响，使中国科学家更多选择在国外科技期刊发表论文。这一方面造成了中国在学术话语权上的先天不足，同时使得中国科学家缺乏自己的发声平台。
另外，学术期刊在科技竞争中具有非常重要的意义。中科院上海药物研究所所长蒋华良指出，目前国际上大约有70%的研究结果发表在美国主导的杂志上。因此，美国掌握了大部分科技数据。特别重要的是，大部分投稿的论文(例如90%以上投稿《科学》的论文)是被拒的，我们从公共数据库中查不到。但这些数据的大部分也被美国掌握———美国目前基础研究投入不增加，创新能力还能提高的一个重要原因，就是利用全世界基础研究投入产生的数据，进行大规模的深度大数据分析，很快就能研发出新药、新材料等应用型成果，真正实现创新驱动发展。
蒋华良强调，掌握科技数据至关重要，而这些数据是靠科技期刊来收集的——没有好的科技期刊，就吸引不到好的研究结果的投稿，也就掌握不了科技数据。可以说，培育高水平科技期刊，对于我国的科技创新驱动发展，具有重要的战略意义。
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