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年终盘点:2021年中国科技的重大创新成果

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2021年是“十四五”开局之年。这一年,我国重大创新成果竞相涌现,创新能力持续提升,创新的“脉动”尤为强劲。

放眼“深蓝”,“海牛Ⅱ号”钻机钻出231米的新纪录;遥望星空,海洋一号D卫星和海洋二号C卫星“闪耀”星河;挺进山川河流,金沙江白鹤滩水电站里,浪花飞溅、电流穿梭,全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组投产发电……这一年,我们也在与病毒的抗争中,为生命挣得尊严,我国首款具有自主知识产权的新冠病毒中和抗体联合治疗药物——安巴韦单抗与罗米司韦单抗的获批,为患者赢得长达10天的黄金救治期……

征途漫漫,惟有奋斗!面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,创新是不竭动力,科技自立自强是时代使命。

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“华龙一号”全球首堆商业运行

我国自主三代核电技术跻身世界前列

上万名建设者常年奋战,5300多家设备制造企业大力协同,自2015年5月开工以来,“华龙一号”全球首堆便开始了“加速跑”,并终于在5年多后交出成绩单。

1月30日,“华龙一号”全球首堆——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行,标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。

2021年1月30日拍摄的“华龙一号”核电机组福建福清核电5号机组。新华社记者 林善传 摄

“中国成为继美国、法国、俄罗斯等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家。”中核集团党组书记、董事长余剑锋说,作为中国高端制造业走向世界的“国家名片”,“华龙一号”是当前核电市场上接受度最高的三代核电机型之一。

由科技自立自强“打底”产生的一系列数据,可以为“华龙一号”这一地位做注脚:设计寿命为60年,反应堆采用177堆芯设计,堆芯设计换料周期18个月,创新采用“能动和非能动”相结合安全系统及双层安全壳等技术,在安全性上满足国际最高安全标准要求。“华龙一号”首堆所有核心设备均已实现国产,所有设备国产化率达88%,完全具备批量化建设能力。

“‘华龙一号’全球首堆的商运,对优化中国能源结构、推动绿色低碳发展,助力碳达峰、实现碳中和目标具有重要意义。”余剑锋所言非虚,据悉,“华龙一号”每台机组每年可发电近100亿千瓦时,能满足中等发达国家100万人口的生产和生活年度用电需求,同时相当于减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨,相当于植树造林7000多万棵。

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“海牛Ⅱ号”下钻231米

刷新深海钻机钻探深度纪录

高7.6米、“腰围”10米、体重12吨,在南海超2000米的深水成功下钻231米,刷新世界深海海底钻机钻探深度。这一纪录的创造者,是湖南科技大学牵头,我国自主研发的“海牛Ⅱ号”海底大孔深保压取芯钻机系统。

4月7日晚的这次海试,“海牛Ⅱ号”也填补了我国海底钻探深度大于100米、具备保压取芯功能的深海海底钻机装备的空白。

金永平 摄

海底钻机,是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘查所必备的海洋高技术装备。

“海牛Ⅱ号”的研制,依托我国国家重点研发计划“深海关键技术与装备专项”课题,研制作业水深不少于2000米、钻进深度不低于200米、保压成功率不小于60%的海底大孔深保压取芯钻机系统,并最终形成一整套具自主知识产权的海底大孔深保压钻探取芯装备技术与成果,为我国海底天然气水合物勘探提供装备技术支撑。

“尽管它很庞大,但它潜入海底依然是很灵活的。它也是目前世界上唯一一台海底钻深大于200米的深海海底钻机。”项目负责人、湖南科技大学教授万步炎说。

据了解,整个海底钻机主要攻克了大孔深遥控全孔全程保压绳索取芯、智能化与专家操作系统、大容量钻管存储与钻杆快速接卸、海底钻机安全可靠下放和回收等四大技术攻关难点。

这些全新的技术,显著提高了钻机钻探效率、取芯质量、保压成功率。与此同时,钻机重量较国外同类钻机,也实现了大幅减重,大大降低了水下收放作业难度。

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“深海一号”海中送气

年供气量可达30亿立方米

向着更深、更远的“深蓝”挺进,永远没有终点。

6月25日,我国首个自营勘探开发的1500米深水大气田“深海一号”在海南陵水海域正式投产。这标志着我国海洋油气勘探开发迈向“超深水”。

6月25日,我国首个自营1500米深水大气田“深海一号”正式投产。新华社记者 蒲晓旭摄

“深海一号”大气田距海南省三亚市150公里,于2014年勘探发现,探明天然气储量超千亿立方米,最大水深超过1500米,最大井深达4000米以上,是我国自主发现的水深最深、勘探开发难度最大的海上深水气田。

中国海洋石油集团有限公司克服诸多挑战,高峰期在100多个工段组织5000余人、17台大型履带吊进行作业,提前18个月顺利完成陆地建造和合龙工作。

“深海一号”大气田投产后,深水天然气将通过海底管线接入全国天然气管网,年供气量30亿立方米。

国家能源局有关负责人表示,“深海一号”大气田的正式投产,是我国深水油气勘探开发取得的重要进展,是我国海洋油气事业高质量发展的重要探索,预示着我国深水油气勘探开发潜力巨大、前景广阔。

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白鹤滩水电站首批机组投产

实现100万千瓦满负荷发电

6月28日上午,在现场沸腾的欢呼声中,金沙江白鹤滩水电站首批机组完成72小时带负荷连续试运行,正式投产发电。左岸1号机组、右岸14号机组两台百万千瓦水轮发电机组高速转动,将金沙江的水能资源转化为电能,源源不断送往华东地区。其中,右岸14号机组带100万千瓦负荷成功,这是全球首台并网发电,也是全球首台实现100万千瓦满负荷发电的机组。

6月28日,金沙江白鹤滩水电站首批机组投产发电。新华社记者 胥冰洁摄

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界处,矗立于金沙江下游干流河段上,电站总装机容量1600万千瓦,共安装16台我国自主研制的百万千瓦水轮发电机组,是实施“西电东送”的国家重大工程,是当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程。全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组,实现了我国高端装备制造的重大突破。

白鹤滩百万千瓦水电机组的创新,一是发电机从原来的80万千瓦跃升到现在的100万千瓦,二是水轮机采用了长短叶片转轮,同时实现了宽负荷高效稳定的运行。

白鹤滩水电站建成后,年平均发电量将达624.43亿度。全部机组将于2022年7月投产发电。电站全部建成投产后,将成为仅次于三峡工程的世界第二大水电站。

据测算,白鹤滩水电站投产后,每年可节约标煤约1968万吨,减少排放二氧化碳5160万吨、二氧化硫17万吨。届时,白鹤滩水电站将与三峡工程、葛洲坝工程,以及金沙江乌东德、溪洛渡、向家坝水电站一起,构成世界最大的清洁能源走廊。

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时速600公里高速磁浮下线

仅3分半钟从零加速到时速600公里

硬朗飘逸的双侧堆叠棱线、独特的“抱轨”结构、更强大的爬坡能力……7月20日,由中国中车承担研制、具有完全自主知识产权的时速600公里高速磁浮交通系统在青岛成功下线,这是世界首套设计时速达600公里的高速磁浮交通系统,标志我国掌握了高速磁浮成套技术和工程化能力。

时速600公里,这是当前可实现的“地表最快”交通工具。因此,高速磁浮也被形象地称为“贴地飞行”。

10月27日,在“十三五”科技创新成就展上,时速600公里高速磁浮列车“实车”吸引了众多参观者。人民视觉供图

“时速600公里高速磁浮交通系统采用的是成熟可靠的常导技术。”高速磁浮项目技术总师、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁说,它的基本原理,是利用电磁力来实现列车“无接触”运行。

车辆底部的悬浮架装有电磁铁,与铺设在轨道下方的铁芯相互吸引,产生向上的吸力,从而克服地心引力,使车辆“悬浮”起来,再利用直线电机驱动列车前行。

“高速磁浮运行时,通过精确控制电磁铁中的电流,车体与轨道之间始终保持约10毫米的悬浮间隙。”丁叁叁说。

高速磁浮这种无接触的运行方式,取代了传统轮轨的机械接触支承,从根本上突破了传统轮轨关系的约束,因而可以达到更高的运行速度,实现时速600公里的极速“凌空飞行”。

由于不受轮轨黏着限制,高速磁浮还具备更强的加减速能力。轮轨高铁加速到时速350公里需要6分钟,而高速磁浮从零加速到时速600公里,只需3分半钟。快起快停,使它能更加充分地发挥速度优势。

6

海洋“双星”投入业务化运行

形成海洋观测卫星组网业务化运行能力

上天入地,舍我其谁。7月29日,海洋一号D卫星和海洋二号C卫星正式交付自然资源部投入业务化运行,这标志着我国海洋观测卫星组网业务化运行能力基本形成。

海洋一号D卫星和海洋二号C卫星分别于2020年6月和9月发射,国家卫星海洋应用中心会同卫星、测控、地面、应用等各系统建设单位,在自然资源、生态环境、水利、农业农村、应急管理和气象等领域开展了行业应用测试,顺利完成全部在轨测试内容。

2021年5月19日12时03分,由航天科技集团五院抓总研制的海洋二号D星在酒泉卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射。图片来源:中国航天报

海洋一号D卫星与已发射的海洋一号C卫星组成我国首个海洋业务卫星星座,上下午组网观测,填补了我国海洋水色卫星下午观测数据的空白,大幅提高了全球海洋水色、海岸带资源与生态环境、大洋船舶位置的观测覆盖能力与观测时效,已经在我国绿潮、浒苔、海上养殖、海冰、台风、溢油等预报监测工作中开展应用服务。

海洋二号C卫星与已在轨运行的海洋二号B卫星以及后续发射的海洋二号D卫星组成我国首个海洋动力环境卫星星座,大幅提高了我国海洋动力环境要素全球观测覆盖能力和时效性。

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用一氧化碳合成蛋白质

工业化条件下合成收率达85%

在人工条件下,利用天然存在的一氧化碳和氮源(氨)大规模生物合成蛋白质,长期以来被国际学术界认为是影响人类文明发展和对生命现象认知的革命性前沿科学技术。

10月30日,中国农业科学院饲料研究所传来好消息。

当日,该所宣布在全球首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成,并已形成万吨级工业产能。这一举突破了天然蛋白质植物合成的时空限制,为弥补我国农业最大短板——饲用蛋白对外依存度过高提供了国之利器,同时对促进国家“双碳”目标实现深具意义。

乙醇梭菌蛋白生产工艺流程。中国农科院饲料所供图

中国农业科学院饲料所与北京首朗生物技术有限公司经多年联合攻关,突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术,大幅度提高反应速度,创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

该项研究以含一氧化碳、二氧化碳的工业尾气和氨水为主要原料,“无中生有”制造新型饲料蛋白资源乙醇梭菌蛋白,将无机的氮和碳转化为有机的氮和碳,实现了从0 到1的自主创新,具有完全自主知识产权。

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中老铁路建成通车

全线采用“中国标准”

四季盛开占芭花、并以此为国花的老挝,80%为山地和高原。特殊的地理位置与滞后的交通,曾严重制约着老挝的经济发展。

12月3日,随着全长1035公里的中老铁路建成通车,“澜沧号”列车将一路奔驰,联入中国铁路网,驶向国际。中老铁路全部采用中国管理标准和技术标准建设,是与中国铁路网直接联通的国际铁路。

动车组驶过欣合楠里河特大桥。老中铁路公司供图

作为中国“一带一路”倡议与老挝变“陆锁国”为“陆联国”战略对接项目,中老铁路是两党两国最高领导人亲自决策和推动的重大战略合作项目。

中老铁路位于横断山脉南延段,起自中国云南昆明、终到老挝万象,线路穿越三山、横跨四水,山高谷深,最高点与最低点相对高差达2900米,地形条件极为复杂。

中老铁路是一条科技之路,通过科技创新攻克了一个个世界技术难题。

友谊隧道位于中老边境,是中老铁路唯一的跨境隧道。“隧道局部含盐量高达80%以上,对隧道结构腐蚀性大,国内外罕见。”中国中铁二局集团玉磨铁路项目部副经理潘福平说,为攻克罕见的地质难题,建设单位先后邀请隧道、地质、材料等方面的专家研讨,确定了“注浆堵水、全包防水、圆形多层结构、强化材料防腐”的设计方案。最终研发的混凝土达到实体强度指标要求,攻克了岩盐高侵蚀性世界难题。

中老铁路沿线所有设备全部由中国自主研制,从特种桥梁到超长铺轨车的精准铺路,再到“澜沧号”全部采用“复兴号”列车技术,以及中国铁路列控系统的全线加持,无一不体现中国铁路建设者们的智慧及“中国力量”。

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首款新冠特效药获批

为患者赢得10天黄金救治期

新冠病毒依然在全球肆虐,拥有针对性的临床有效用药变得重要而迫切。值得欣喜的是,前不久传来了好消息。

12月8日,我国首款自主知识产权新冠病毒中和抗体联合治疗药物获批。该联合用药由清华大学、深圳市第三人民医院和腾盛博药合作研发。

12月9日,清华大学教授张林琦在新闻发布会上展示我国首款新冠特效药样品。人民视觉供图

此次获批的联合用药安巴韦单抗与罗米司韦单抗(BRII-196/BRII-198)为救治抢下了更多时间。与国际上其他新冠治疗用药相比,该联合用药给出了长达10天的黄金救治期。三期临床试验的最终结果显示,无论患者是症状出现后的1—5天(早期)前往门诊治疗,还是6—10天(晚期)才开始接受治疗,住院和死亡率均显著降低。这为新冠患者提供了更长的治疗窗口期。

“与欧美已获批紧急使用的新冠抗体药相比,我们是唯一进行了变异株感染者治疗效果评估并获得数据的。”研发团队负责人、清华大学医学院教授张林琦说。

据介绍,美国FDA此前对这两株抗体组合方案主要变异病毒株的活性已经进行了鉴定,结果显示BRII-196/BRII-198抗体组合方案对全部国际主要突变株阿尔法、贝塔、伽马、伊普西龙、德尔塔、兰姆达、缪保持敏感。

为了延长药效,研究团队还经过基因改造,延长药品半衰期,使其在人体体内有效作用时间长达数月。此外,应用生物工程技术,抗体介导依赖性增强作用的风险也大大降低。

此外,腾盛博药正在全球其他成熟和新兴市场积极推进安巴韦单抗/罗米司韦单抗联合疗法的注册申请工作,以获得市场准入。

◎ 科技日报记者 金凤


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