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)隊獲2020高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎項。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”兩項新世界紀(jì)錄。我國也成為全球首個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。可燃冰有這么四個特點：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，先后實施7次試采，但因出砂、產(chǎn)氣效率低等問題未實現(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。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，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最大的優(yōu)勢，就是它在整個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，重點解決能否安全持續(xù)產(chǎn)氣的問題，2020年的試采，是試驗性試采，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，我們將堅持科技創(chuàng)新引領(lǐng)，著力推進(jìn)資源勘查評價，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)磁約束核聚變實驗研究裝置，能實現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運行，是實現(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裝置項目負(fù)責(zé)人劉永：中國承諾2060年實現(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，而且比較長時間穩(wěn)定在這個地方，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)磁場是一個無形的東西，給出一個基本原理，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，就像運動員一樣跑得再快還在跑道上跑就不會撞到人這樣一個基本原理，這樣一個基本的東西在這樣的條件下實現(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)計性能到1.5億度，大規(guī)模提高運行參數(shù)。這個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。
這個裝置建成標(biāo)志著我們在大型托卡馬克設(shè)計建造運行達(dá)到一個新的水平，為下一步聚變堆建設(shè)打下比較好的基礎(chǔ)。同時通過這樣一個裝置，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43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，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。這是長征系列運載火箭的第336次飛行，在測控、地面運控、星間鏈路運管、應(yīng)用驗證等系統(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，整個系統(tǒng)的建成將使整個產(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)計和建設(shè)者們將確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行，每個月進(jìn)行評估整個系統(tǒng)，同時要加強(qiáng)這個系統(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。
