2016：觀察者網讀者最愛的中國十大科技進展
【文/ 觀察者網】
2016年，中國航天人交出的成績單格外耀眼：新型火箭首發成功、首個海濱航天發射場建成使用、天宮二號和神舟十一號載人飛行任務圓滿成功、多顆衞星發射升空……2016年，中國航天發射年度數量首次突破20次，目前這是隻有美國和俄羅斯這樣的航天強國才有可能完成的任務。而近年來，中國航天發射的可靠指數已經高於俄羅斯和美國。
據《2016中國的航天》白皮書介紹，未來十年我國預計將發射約100顆衞星，2020年左右發射首個火星探測器，下一代重型運載火箭或將在2030年首飛。
2016年，在“韓春雨事件”、“中國該不該上馬超大對撞機”、“量子通信是否靠譜”、“脈衝星試驗衞星能否導航”等科學爭論中，面對高深的科學話題，通過互聯網和新媒體，中國公眾能在網上直接看到大師級科學家的公開文章和觀點，甚至在一定程度上參與討論。
上面這些科學爭議，有些已經得到澄清解釋，有些很快可以等到最終調查結論，有些則還要更多的評估和考量。但這至少説明，中國公眾的科學素養和對科學的關注度都在提高，非理性、不科學的宣傳已經不能輕易“忽悠”中國人了。
和往年一樣，2016年中國的科技進展根本數不過來。參考網友的關注度，觀察者網評選了以下10大亮點，與大家一同回顧。
長征五號/長征七號
2016年6月25日和2016年11月3日，長征七號運載火箭和長征五號運載火箭分別從海南文昌航天發射中心成功發射。長征五號和長征七號是“一個系列、兩種發動機、三個模塊”發展思路下的產物。
“三個模塊”是指使用液氧/液氫的5米直徑模塊，使用液氧/煤油的3.35米直徑模塊、2.25米直徑模塊；“兩種發動機”是指新研製的地面推力50噸YF-77氫氧發動機和地面推力120噸YF-100液氧/煤油發動機；在三個模塊基礎上第一步組合製造出5米直徑芯級的大型運載火箭，再進一步組合製造出3.35米直徑芯級的中型運載火箭和小型運載火箭，最終形成近地軌道運力覆蓋1.5-25噸，地球同步轉移軌道運力覆蓋1.5-14噸的“一個系列”。
雖然中國的商業衞星發射成功率基本上是全世界頂尖水平，而價格也相當實惠，但是，由於美國在航天方面對中國的各種限制——只要在航天器或者衞星上使用了美國的設備或者芯片，就不允許使用中國的火箭進行發射，也不允許安裝在中國總裝的衞星上。這就導致中國在世界商業衞星發射市場的份額非常低。如果美國放棄對中國的限制，那麼，長征七號系列火箭絕對會是未來歐洲的阿里亞娜6的強勁的對手。
長征五號首飛意義也十分重大，它標誌着中國航天事業有了重型運載工具，從此中國在浩瀚的宇宙有了更為寬廣的活動舞台。除了美國的德爾塔4號重型運載火箭之外，無論是未來的日本H3還是歐盟的阿里亞娜6，還是現役俄羅斯的安加拉5運載火箭和美國宇宙神5號運載火箭在長征五號系列運載火箭面前大多稍遜一籌。
長征五號
神舟十一號/天宮二號
9月15日，天宮二號空間實驗室在酒泉衞星發射中心成功發射升空。10月17日，神舟十一號飛船在中國酒泉衞星發射中心成功發射。在2天后，神舟十一號飛船與天宮二號實現成功對接。
天宮二號有三項主要使命：
一是與神舟11號載人飛船對接，完成航天員30天的在軌駐留任務，考核航天員長期生活和工作的各項保障技術。
二是接受我國首艘貨運飛船天舟1號的訪問，預計在2017年4月，天舟1號貨運飛船發射入軌後經變軌與天宮-2交會對接構成組合體，進行推進劑補加試驗，考核驗證推進劑在軌補加技術。
三是開展大規模空間科學和應用實驗，以及在軌維修和空間站技術驗證等試驗。值得指出的是天宮二號上裝載的世界第一台空間冷原子鐘是目前在空間運行精度最高的，約3000萬年才會產生1秒的誤差。其上的γ射線暴偏振探測儀將探測研究遙遠宇宙中突然發生的γ射線暴現象和太陽耀斑，深入地研究宇宙結構、恆星演化、黑洞形成以及γ射線暴爆發的物理機制。
根據三步走的發展規劃，中國已經通過發射神舟5號實現了用載人飛船將航天員安全地送入軌道並安全返回地面，發射神舟10號與天宮一號成功交會對接掌握航天員太空行走和空間交會對接技術。下一步就是在2020年左右建成長期載人的大型空間站，大規模、長時間開發太空資源。
由此可見，天宮二號及其和神舟十一號和將來天舟1號的對接將為中國後續空間站建造和運營驗證技術、積累經驗，對於推進我國載人航天事業有着承前啓後的作用。
航天員景海鵬(右)在天宮二號介紹太空中的植物栽培情況
量子衞星/京滬量子幹線
2016年8月16日，中國首顆量子科學實驗衞星“墨子”在酒泉成功發射升空。緊接着，在第三屆世界互聯網大會的科技成果發佈會上，潘建偉院士透露上海到合肥的量子幹路當日開通。目前在建的“京滬幹線”項目是連接北京、濟南、合肥、上海等城域網絡且全長2000多公里的量子保密通信線路，將成為全球首個也是距離最遠的廣域光纖量子保密通信骨幹線路。
對於“京滬幹線”項目取得階段性成功，標誌着中國在量子通信產業化方面，正在國際上擔當 “領跑者”的角色。對於中國發射的全球首顆量子衞星，這不僅僅是中國邁出構建量子通信網絡的第一步，也是一個非常好的用於做遠距離糾纏分發和量子隱形傳態的基礎科學研究的平台，用來做遠距離糾纏分發和量子隱形傳態的基礎科學研究，對量子物理的發展有重大推動作用。
對此，維也納大學物理學教授Anton Zeilinger（潘建偉院士的導師）評論：
“我們正在與QUESS（Quantum Experiments at Space Scale，空間尺度的量子實驗）的團隊進行合作，我們負責搭建歐洲的地面站。合作進行得很順利。在我看來，中國和奧地利之間實現洲際量子密鑰分發將是最有趣的。未來，全球範圍的量子互聯網必然包括地面網絡連接和空間網絡連接，而QUESS將首次提供洲際網絡鏈接。這是首次實現全球尺度下的量子通信，是邁向未來量子互聯網的重要一步。另外，它將提供迄今為止最大尺度的量子糾纏驗證，未來如果運行順利，它也一定會為相對論的驗證提供重要信息。中國在基礎量子實驗及其應用領域都做得非常出色。在下一次量子革命中，中國無疑是一個主要參與者。”
量子科學實驗衞星
FAST啓用
9月25日，國家重大科技基礎設施500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）落成啓用，習近平總書記發來賀信，賀信中指出，天文學是孕育重大原創發現的前沿科學，也是推動科技進步和創新的戰略制高點。500米口徑球面射電望遠鏡被譽為“中國天眼”，是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。它的落成啓用，對我國在科學前沿實現重大原創突破、加快創新驅動發展具有重要意義。
由於望遠鏡的角分辨率是被電磁波的衍射特性決定的——望遠鏡的角分辨率與望遠鏡的主反射鏡的直徑成反比，而與工作的波長成正比。如果角分辨率越小，則對遙遠目標的觀測就越清晰。雖然有一些媒體竭力吹捧FAST領先國際20年，但其實際上FAST射電望遠鏡的角分辨率是相對有限的，其優勢在於具有極高的靈敏度、受大氣干涉影響小和巡天速度效率高。一些媒體所謂的“可以聆聽外星人的聲音”之流可能並非FAST的應用目標。實際上，FAST主要用於實現巡視宇宙中的中性氫、觀測脈衝星等科學目標和空間飛行器測量與通訊等應用目標，一些媒體為了博人眼球給出的一些比較有噱頭的應用和過度的讚譽未免有失客觀。
雖然是FAST中文名為500米口徑球面射電望遠鏡，但FAST並不僅僅是一台望遠鏡——FAST也可作為非相干散射雷達接收系統，相當於放在雲貴高原上的一部超大型被動式雷達，守護着祖國大西南的領空。
FAST
我國科學家領銜繪製全新人類腦圖譜
中國科學院自動化研究所腦網絡組研究中心蔣田仔團隊聯合國內外其他團隊，經過6年努力，成功繪製出全新的人類腦圖譜：腦網絡組圖譜。它比目前最常用的由德國神經科學家布羅德曼在100多年前繪製的腦圖譜精細4—5倍，第一次建立了宏觀尺度上的活體全腦連接圖譜。
人類腦圖譜是理解腦的結構和功能的基石。全新的腦圖譜為在宏觀尺度上研究腦與行為的關係提供了不可或缺的工具，將加深對於人類精神和心理活動的認識，為理解人腦結構和功能開闢了新途徑，並對未來類腦智能系統的設計提供重要的啓示，能讓臨牀神經精神疾病治療技術取得跨越式發展。
目前，我國的這項腦網絡組圖譜已實現開放共享，引起國內外同行高度關注，如國際神經信息學協調委員會已在第一時間在線發佈了該圖譜，歐盟人腦計劃也即將在其神經信息平台公開發布該圖譜。
中國埃博拉疫苗在非洲研究再獲重大突破
軍事醫學科學院生物工程研究所陳薇研究員團隊研發的重組埃博拉疫苗（rAd5-EBOV），在非洲塞拉利昂開展的Ⅱ期500例臨牀試驗取得成功，這是我國疫苗研究首次走出國門後的歷史性突破。
12月23日凌晨，國際著名醫學雜誌《柳葉刀》（The Lancet）在線發佈了相關科研論文。
我國研製的重組埃博拉疫苗，為全球首個2014基因型，針對性強，且首創凍乾粉劑型，37℃環境下可穩定存儲3周以上，適合應急條件下的廣泛使用，現已具備大規模生產技術條件。
此前，2014年12月，該疫苗在泰州中國醫藥城進行了中國人羣Ⅰ期臨牀試驗，共招募120名志願者，相關研究結果於2015年3月24日發表在《柳葉刀》。2015年4月，李蘭娟院士牽頭在浙江大學第一附屬醫院開展了在華非洲人Ⅰ期臨牀試驗，共招募61名志願者，為我國境內開展的首個針對非中國人羣的臨牀試驗。
此次，《柳葉刀》雜誌再次刊發中國疫苗在該領域的相關研究成果，同期也刊發了WHO牽頭在幾內亞開展的埃博拉疫苗（rVSV-EBOV）相關工作，還於同一天在《柳葉刀·全球健康》（The Lancet Global Health）刊發了中國人羣疫苗加強免疫後產生高水平免疫反應並長時間持續的研究結果，標誌着我國應急疫苗研發水平得到國際同行的高度認可。
面對致死率最高、傳播範圍廣泛、全球嚴重恐慌的埃博拉疫情，我國科學家取得的完全具有自主知識產權的相關成果，既展示了我國生物醫藥領域科技創新的實力躍升，也是我國防控烈性傳染病疫情能力的一次實戰檢驗，對國家生物安全具有重要戰略意義。
高海拔宇宙線觀測站開建
今年7月，我國最新天文大科學裝置——“高海拔宇宙線觀測站”（LHAASO）項目在四川省稻城縣海子山開始基礎設施建設，預計5年內建成。項目預算高達12億元，是中國2012-2030年優先規劃的16項重大科技基礎設施之一。
中國的宇宙射線研究始於1951年，是建國初期最早建立起來的物理學研究課題之一，目前國內宇宙射線研究的地面實驗主要在位於西藏念青唐古拉山腳下的西藏羊八井實驗宙線觀測站進行。新的高海拔宇宙線觀測站將建在四川省甘孜州稻城縣海子山，平均海拔4410米，距離稻城亞丁機場10公里。該項目一旦建成，觀測站有效觀測面積將達到100萬平方米，觀測到的宇宙線能量覆蓋範圍從一億兆電子福特到一萬億兆電子福特，足以和南極的中微子天文台、位於阿根廷的極高能宇宙觀測站相媲美。
有關宇宙線起源的研究將揭示超新星爆發、黑洞吸積等天文現象和宇宙起源，曾於2002年被美國國家科學研究委員會列為21世紀11個需要解答的宇宙相關問題。由於宇宙線中大部分都是帶電粒子，在傳播過程中會受到星際磁場而偏轉，到達探測器時早已失去了原初的方向信息，從而無法根據所探測到的宇宙線到達方向來反推出源的方向。而只有極高能粒子、不帶電的光子和中微子受磁場偏轉較小或者不受磁場的調製，能保留源的方向信息。
由於極高能粒子流強非常低，大約1 km^2 的面積經過100 年才能收集到一個極高能事例，要得到足夠的統計量就需非常大的探測面積以及很長的探測時間。而中微子是弱相互作用粒子，與物質發生相互作用的截面很小，非常難於探測，要探測到中微子就需要龐大的探測介質。相比之下，探測γ 射線容易許多——高能γ 光子，有可能產生於強子過程，也可能產生於輕子過程。如果能譜測量能證明γ 產生於強子過程，就間接地找到了宇宙線源。
因此，要想解開宇宙線起源之謎，就需要發現足夠多的甚高能伽馬源樣本，對這些源作深度觀測、大範圍的能譜測量和儘可能寬廣的多波段觀測研究，分析其伽馬射線的輻射機制，進而研究產生這些伽馬射線的宇宙線粒子的加速機制和宇宙線的傳播機制，而這就是建設高海拔宇宙線觀測站的目的所在。
西藏羊八井宇宙線國家野外科學觀測研究站
百億億次超算進入研製階段
在神威太湖之光以近三倍於天河二號的運算速度登頂世界超級計算機排行榜之後，在國家“十三五”高性能計算專項課題中，中科曙光、國防科技大學和江南計算技術研究所同時獲批進行Ｅ級超算的原型系統研製項目。
E級超算是性能有多強呢？清華大學楊廣文教授曾比喻“神威·太湖之光”的計算能力：它計算一分鐘，相當於全球72億人同時用計算器不間斷計算32年。而E級超級計算機的性能會是神威太湖之光的8倍，需要全球人用計算器計算250年。雖然目前三家各自做原型機研製，但由於只是原型機預研，而且E級超算是國家項目，所以也不排除三家合作建造E級超算的可能性，這樣可以整合國內三家研製單位的技術優勢，比如集合神威的處理器，國防科大的互聯網絡，曙光的散熱設備和在應用上的經驗等。
目前，美國、歐洲、日本也啓動了各自的E級超算計劃。美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室計算科學部門主任、美國能源部E級超算項目硬件技術副主任John Shalf表示，美國計劃在2023年底開發完成2套E級超算系統，這2套系統必須滿足峯值性能至少是目前美國最快超算的50倍以上，功耗大約為20MW。歐洲IT4Innovations 捷克國家超算中心和德國斯圖加特超算中心也有計劃開發E級超算。雖然日本文部科學省發表了後續基本設計方針：“在發展方針中，日本文部科學省不再追求世界第一的計算速度，而是將目標由加快計算速度轉向了加強節能及便捷功能”，但日本富士通也發佈了PPT，宣稱要在2020年建成E級超算Post-K，而且新超算放棄了SPARC芯片，採用ARMv8指令集的芯片。不過，據消息稱，即便一切順利，Post-K問世的時間也要推遲的2021或2022年。
在100P超算競賽中，中國已然拔得頭籌，中國能否在E級超算的競爭中力壓美、歐、日，則交給時間檢驗了。
神威·太湖之光
捕獲馬約拉納費米子
今年6月，上海交通大學科研團隊在實驗室裏成功捕捉到了一種物理學家尋找多年的神秘粒子——馬約拉納費米子。這種粒子既是困擾物理學界80多年的正反粒子同體的特殊費米子，也是未來製造量子計算機完美選擇對象之一。
在物理學領域，科學家把構成物質的最小、最基本的單位叫做“基本粒子”，它們是在不改變物質屬性前提下的最小體積物質，也是構成各種各樣物質的原材料。粒子可以分為兩大類：費米子家族（如電子、質子）和玻色子家族（如光子、介子）。一般認為，每一種粒子都有它的反粒子，費米子和它的反粒子非常相似，但性質相反，兩種粒子遭遇後產生的能量會讓它們瞬間湮滅。1937年，意大利物理學家埃託雷·馬約拉納預言，自然界中可能存在一類特殊的費米子，這種費米子的反粒子具有相似的性質，這種費米子被稱為“馬約拉納費米子”。
有觀點認為至今還沒有被直接觀測到的中性超對稱費米子很可能組成了宇宙中大多數甚至全部的暗物質，而這種中性超對稱費米子可能就是一種馬約拉納費米子。因此，觀測到複合的馬約拉納費米子，對於揭開暗物質的謎團也許又進了一步。此外，馬約拉納費米子被認為在量子計算中可用來形成穩定的比特，這使其擁有被用於量子計算機的技術潛力。
上海交大賈金鋒教授在實驗室檢測試驗結果
《國家科學評論》進入全球綜合期刊前五
美國時間6月13日，湯森路透公佈了2015年度期刊引證報告（Journal Citation Reports，JCR）。2014年創辦的我國第一份英文版綜述性學術期刊《國家科學評論》（National Science Review，NSR）成為亮點之一，它的首個影響因子達到8.0，在全球綜合類期刊中緊隨《美國科學院院刊》，位列第5名。
一直以來，中國科技期刊水平滯後於中國的科研水平，加上一些考核機制的影響，使中國科學家更多選擇在國外科技期刊發表論文。這一方面造成了中國在學術話語權上的先天不足，同時使得中國科學家缺乏自己的發聲平台。
另外，學術期刊在科技競爭中具有非常重要的意義。中科院上海藥物研究所所長蔣華良指出，目前國際上大約有70%的研究結果發表在美國主導的雜誌上。因此，美國掌握了大部分科技數據。特別重要的是，大部分投稿的論文(例如90%以上投稿《科學》的論文)是被拒的，我們從公共數據庫中查不到。但這些數據的大部分也被美國掌握———美國目前基礎研究投入不增加，創新能力還能提高的一個重要原因，就是利用全世界基礎研究投入產生的數據，進行大規模的深度大數據分析，很快就能研發出新藥、新材料等應用型成果，真正實現創新驅動發展。
蔣華良強調，掌握科技數據至關重要，而這些數據是靠科技期刊來收集的——沒有好的科技期刊，就吸引不到好的研究結果的投稿，也就掌握不了科技數據。可以説，培育高水平科技期刊，對於我國的科技創新驅動發展，具有重要的戰略意義。
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