◎ 科技日报记者 刘垠
2月28日，科技部高技能研讨开展中心（根底研讨管理中心）发布2021年度我国科学十大开展。火星勘探使命天问一号勘探器成功着陆火星、从二氧化碳到淀粉的人工组成等10项严重科学开展，从30项候选开展中锋芒毕露。
依据得票凹凸，2021年度我国科学十大开展分别为：
火星勘探使命天问一号勘探器成功着陆火星我国空间站天和中心舱成功发射，神舟十二号、十三号载人飞船成功发射并与天和中心舱成功完结对接从二氧化碳到淀粉的人工组成嫦娥五号月球样品提醒月球演化奥妙提醒SARS-CoV-2逃逸抗病毒药物机制FAST捕获国际最大快速射电暴样本完结高功用纤维锂离子电池规划化制备可编程二维62比特超导处理器“祖冲之号”的量子行走自供电软机器人成功应战马里亚纳海沟提醒鸟类迁徙道路成因和长间隔迁徙要害基因1
火星勘探使命天问一号勘探器
成功着陆火星
2021年5月15日7时18分，天问一号勘探器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国初次火星勘探使命着陆火星取得成功。使命选用了“气动减速-伞降减速-动力减速-着陆缓冲”四级串联减速技能道路，树立了规划迭代改善流程和多学科归纳优化办法，进步了体系应对毛病工况和进入条件极限拉偏下的安全着陆才能。
天问一号勘探器着陆火星，是我国初次完结地外行星着陆，迈出了我国星际勘探征途的重要一步，完结了从地月系到行星际的跨过，在火星上初次留下我国人的印迹，使我国成为第二个成功着陆火星的国家，是我国航天事业开展的又一具有里程碑含义的开展。
天问一号勘探器
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我国空间站天和中心舱成功发射
神舟十二号、十三号载人飞船成功发射
并与天和中心舱成功完结对接
2021年4月29日，我国空间站天和中心舱在海南文昌航天发射场发射升空，准确进入预订轨迹，使命取得成功。天和中心舱发射成功，标志着我国空间站制作进入全面实施阶段，为后续使命打开奠定了坚实根底。
6月17日，神舟十二号载人飞船发射成功，并与天和中心舱成功完结对接，顺畅将聂海胜、刘伯明、汤洪波3位航天员送入太空，这是天和中心舱发射入轨后，初次与载人飞船进行的交会对接。我国的载人航天飞船脱离试验阶段，开端完结太空往复常态化，我国正式进入太空站年代。
10月16日，神州十三号载人飞船发射成功，并选用自主快速交会对接办法成功对接于天和中心舱径向端口，顺畅将翟志刚、王亚平、叶光富3位航天员送入太空，完结了我国载人飞船在太空的初次径向交会对接。
我国空间站模仿图
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从二氧化碳到淀粉的人工组成
淀粉是粮食最首要的组分，也是重要的工业原料。我国科学院天津工业生物技能研讨所马延和等报导了由11步中心反响组成的人工淀粉组成途径（ASAP），该途径偶联化学催化与生物催化反响，在试验室完结了从二氧化碳和氢气到淀粉分子的人工全组成。
经过从头规划二氧化碳到淀粉组成的非自然途径，选用模块化反响适配与蛋白质工程手法，处理了核算机途径热力学匹配、代谢流平衡以及副产物按捺等问题，克服了人工途径拼装与级联反响进化等难题。在氢气驱动下ASAP将二氧化碳转化为淀粉分子的速度为每分钟每毫克催化剂22nmol碳单元，比玉米淀粉组成速度高8.5倍；ASAP淀粉组成的理论能量转化功率为7%，是玉米等农作物的3.5倍，并可完结直链和支链淀粉的可控组成。该作用不依赖植物光合作用，完结了二氧化碳到淀粉的人工全组成。
人工淀粉组成途径
4
嫦娥五号月球样品提醒月球演化奥妙
我国科学院地质与地球物理研讨所李献华、杨蔚、胡森、林杨挺和我国科学院国家天文台李春来等运用曩昔十多年来树立的超高空间分辨率的定年和同位素剖析技能，对嫦娥五号月球样品玄武岩进行了准确的年代学、岩石地球化学及岩浆水含量的研讨。效果显现，嫦娥五号玄武岩构成于20.30±0.04亿年，确证月球的火山活动能够继续到20亿年前，比以往月球样品约束的火山活动延长了约 8亿年。
这一效果为碰击坑定年供给了要害锚点，将大幅进步内太阳系星体外表碰击坑定年的精度。研讨还提醒嫦娥五号玄武岩的月幔源区并不富含放射性生热元素和水，排除了放射性元素供给热源，或富含水下降熔点两种月幔熔融机制，对未来的月球勘探和研讨提出了新的方向。
嫦娥五号月壤样品（玄武岩岩屑）的显微图画
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提醒SARS-CoV-2逃逸抗病毒药物机制
不断出现的新冠病毒骤变株对当时已有的疫苗、中和抗体等抗病毒手法提出严峻应战，亟需开展能有效应对各型骤变株的广谱药物。在生命周期中，病毒的一系列转录仿制酶拼装成“转录仿制复合体”超分子机器，担任病毒转录仿制的全进程，且在各型骤变株中高度保存，是开发广谱抗病毒药物的中心靶点。
清华大学娄智勇、饶子和与上海科技大学高岩等发现并重构了病毒“加帽中心态复合体”“mRNA加帽复合体”和“错配校对复合体”，并说明其作业机制。提醒了新冠病毒转录仿制机器的完好组成办法；发现病毒聚合酶的核苷转移酶结构域是催化mRNA“加帽”老练的要害酶，清晰了帽结构的组成进程，为开展新式、安全的广谱抗病毒药物供给了全新靶点；发现病毒以“反式回溯”的办法对错配碱基和抗病毒药物进行“除掉”，说明晰瑞德西韦等药物作用不良的分子机制，为优化针对聚合酶的抗病毒药物供给了要害科学依据。
新冠病毒“反式回溯”的仿制纠正机制
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FAST捕获国际最大快速射电暴样本
快速射电暴（FRB）是无线电波段国际最亮堂的迸发现象。FRB 121102是人类所知的第一个重复快速射电暴，我国科学院国家天文台李菂等运用“我国天眼”FAST成功捕捉到FRB 121102的极点活动期，最剧烈时段到达每小时122次迸发，累计获取了1652个高信噪比的迸发信号，构成现在最大的FRB迸发事情调集。
研讨发现FRB迸发率存在特征能量E0=4.8x1037 erg；勘探到其能谱的双峰结构，即低能端挨近正则对数，展示快速射电暴重复进程的随机性；高能端挨近洛伦兹函数，展示强辐射存在或许的相关进程。FAST样本排除了FRB 121102迸发在一毫秒至一小时之间的周期性或准周期性，严厉约束了重复快速射电暴由单一细密天体来源的或许性。该研讨初次展示了FRB的完好能谱，深化提醒了FRB的根底物理机制。
FAST捕获快速射电暴样品示意图
8
完结高功用纤维锂离子电池规划化制备
怎么经过规划新结构（如创立纤维锂离子电池）满意电子产品高度集成化和柔性化开展要求，是锂离子电池范畴面对的严重应战。
复旦大学彭慧胜、陈培宁等发现纤维锂离子电池内阻与长度之间共同的双曲余切函数联系，即内阻随长度添加并不增大，反而先下降后趋于安稳。在此理论指导下构建的纤维锂离子电池具有优异且安稳的电化学功用，能量密度较曩昔提升了近2个数量级，弯折10万次后容量坚持率超越80%；树立的国际上首条纤维锂离子电池生产线，完结了其规划化接连制备；织造集成得到的纤维锂离子电池体系，电化学功用与商业锂离子电池适当，而安稳性和安全性愈加优异。
纤维聚合物锂离子电池的集成拼装示意图
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可编程二维62比特超导处理器
“祖冲之号”的量子行走
量子行走是经典随机行走的量子力学模仿，是完结量子模仿、量子搜索算法甚至通用量子核算的东西。
我国科学技能大学朱晓波、潘建伟等经过研发兼容平面工艺的三维引线技能，完结了量子比特结构从一维向二维的拓宽，规划并制作了一个由62个比特组成的8×8的二维结构超导量子比特阵列，构建了“祖冲之号”量子核算原型机，并经过该设备演示高保真的单粒子和双粒子接连时间量子行走。运用量子处理器的高可编程性，完结了量子比特激起粒子行走途径的准确调控，在固态量子芯片完结了马赫-曾德尔干涉仪。
该作业是国际范围内揭露宣布的首个比特数超越60的超导量子核算范畴的作用，验证了对含噪声中等规划量子比特体系的高精度量子调控才能，为研发祖冲之二号、完结“量子核算优越性”奠定了根底。
祖冲之号
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自供电软机器人成功应战马里亚纳海沟
深海机器人与配备需求高强度金属耐压外壳或压力补偿体系来维护内部机电体系。浙江大学李铁风等从深海狮子鱼“头部骨骼涣散交融在软组织中”这一生理特性提取仿生创意，提醒了深海极点压力条件下软机器人功用器材损坏及驱动失效的内涵机制；提出了硬质器材涣散融入软基体完结内应力调控的办法，以及习惯深海低温、高压环境的电驱动人工肌肉交融制作办法；树立了万米深海软机器人的体系结构办法和驱动理论。
所研发的自供电软机器人成功应战马里亚纳海沟，完结了10900米海底深潜和驱动，在南海海平面以下3224米完结深海飞行。该研讨大幅下降了深海机器人的分量及经济本钱，推动了软体机器人在深海工程范畴的运用。
软机器人在马里亚纳海沟万米深海驱动试验
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提醒鸟类迁徙道路成因
和长间隔迁徙要害基因
“迁徙生物怎么发现其迁徙道路？”一直是社会和学术界广泛重视的议题，也是《Science》杂志125个最具应战性科学问题之一。
我国科学院动物所詹祥江等历时12年，运用卫星追寻数据和基因组信息，树立了一套北极游隼迁徙研讨体系，发现游隼首要运用5条道路穿越亚欧大陆，西部游隼表现为短间隔迁徙，东部为长间隔迁徙。在末次冰盛期到全新世的转化进程中，冰川衰退所导致的繁衍和越冬地变迁，或许是迁徙道路构成的首要前史原因。研讨还发现迁徙间隔更长的游隼带着ADCY8优势等位基因，该基因与长时回忆构成有关，标明长时回忆或许是鸟类长间隔迁徙的重要根底。该研讨结合遥感卫星追寻、基因组学、神经生物学等研讨手法，经过多学科整合剖析办法说明晰鸟类迁徙道路变迁成因和遗传根底。
北极游隼迁徙道路成因与长间隔迁徙要害基因
修改：王宇
审阅：朱丽