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中國60年來重大科學成就

2009-09-09 09:40本刊編輯部
百科知識 2009年16期
關(guān)鍵詞:克隆基因組

本刊編輯部

60年的歲月不長也不短。然而,對于中國科技來說卻是一個飛躍和變革的過程。從中國科技的果園中擷取一些璀璨的果實,可以一葉知秋,管窺中國科技的巨大成就。

“神舟”邀游太空行——載人航天

探索太空是人類長久的夢想,這個夢想在美國、俄羅斯完成之后,也由中國人完成了。

1999年11月20日6時30分,“神舟一號”飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地順利升空,經(jīng)過21小時的飛行后順利返回地面。這枚載人航天工程的“先鋒官”,竟是由地面試驗用的電性能測試飛船臨時改裝而成。將初樣產(chǎn)品直接當成正樣產(chǎn)品使用,在中國航天史上史無前例。

2001年1月10日凌晨,“神舟二號”飛船發(fā)射成功。飛船在軌飛行近7天后返回地面?!吧裰鄱枴笔堑谝凰艺龢訜o人飛船,技術(shù)狀態(tài)與載人飛船基本一致。它的發(fā)射完全是按照載人飛船的環(huán)境和條件進行的,凡是與航天員生命保障有關(guān)的設備,基本上都采用了真實件。

2002年3月25日,“神舟三號”飛船發(fā)射升空,于4月1日返回地面。“神舟三號”飛船搭載了人體代謝模擬裝置、擬人生理信號設備以及形體假人,能夠定量模擬航天員呼吸和血液循環(huán)等重要生理活動參數(shù)。

2002年12月,“神舟四號”在經(jīng)受了零下29攝氏度低溫的考驗后,于30日0時30分成功發(fā)射,突破了我國低溫發(fā)射的歷史紀錄。

2003年10月15日,我國第一艘載人飛船“神舟五號”成功發(fā)射。中國首位航天員楊利偉成為浩瀚太空的第一位中國訪客。神舟五號21小時23分鐘的太空行程,標志著中國已成為世界上繼俄羅斯和美國之后第3個能夠獨立開展載人航天活動的國家。

2005年10月12日,我國第2艘載人飛船“神舟六號”成功發(fā)射,航天員費俊龍、聶海勝被順利送上太空。17日凌晨,在經(jīng)過115小時32分鐘的太空飛行后,飛船返回艙順利著陸?!吧裰哿枴边M行了我國載人航天工程的首次多人多天飛行試驗,完成了我國真正意義上有人參與的空間科學實驗。

2008年9月25日,我國第3艘載人飛船“神舟七號”成功發(fā)射,3名航天員翟志剛、劉伯明、景海鵬順利升空。27日,翟志剛身著我國研制的“飛天”艙外航天服,在身著俄羅斯“海鷹”艙外航天服的劉伯明的輔助下,進行了19分35秒的出艙活動。中國成為世界上第3個掌握空間出艙活動技術(shù)的國家。

“嫦娥”欲飛廣寒宮——深空探測

月亮曾被人類的神話渲染得無比神秘和美麗。美國科學家登月之后證明這只是一個荒蕪的地方,當然也沒有廣寒宮。為了驗證這一切,中國人也要探索月球。

首次載人航天成功后,探月工程成為中國在航天技術(shù)發(fā)展過程中的又一個里程碑。載人航天距地球飛行的軌道是200~300千米,應用衛(wèi)星所達到的軌道高度是3萬到4萬千米,而月球探測所需要的距離近40萬千米,這將促進中國航天技術(shù)水平的提升,也將深化中國對宇宙空間的認識。中國的探月計劃分為“繞”、“落”、“回”三個階段實施。2007年10月24日18時5分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號甲運載火箭將“嫦娥一號”衛(wèi)星成功送入太空。

“嫦娥一號”是我國自主研制的第一顆月球探測衛(wèi)星,它的發(fā)射成功,標志著我國實施繞月探測工程邁出重要一步。11月5日,“嫦娥一號”成功“牽手”月球,成為中國第一顆月球衛(wèi)星:11月7日,“嫦娥一號”以準確進入200千米使命軌道為標志,完成中國歷史上最遠的“太空長征”;11月26日,“嫦娥一號”傳回的“第一幅月圖”完美亮相,中國首次月球探測工程圓滿成功……“嫦娥一號”月球探測工程的成功,開啟了中國人走向深空探索宇宙奧秘的時代,標志著我國已經(jīng)進入世界具有深空探測能力的國家行列。同時,探月工程也必將帶動信息、材料、能源、微機電、遙感科學等其他新技術(shù)的提高,對于促進中國社會經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。

眾星拱月參北斗——人造衛(wèi)星

天上的星星參北斗,人造衛(wèi)星也不例外。而且中國的幾十顆人造衛(wèi)星更是在探索星空,為民服務。

1970年4月24日,中國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅”1號在酒泉發(fā)射成功,中國成為世界上第5個發(fā)射衛(wèi)星的國家。1975年11月26日,中國首顆返回式衛(wèi)星發(fā)射成功,3天后順利返回,中國成為世界上第3個掌握衛(wèi)星返回技術(shù)的國家。1981年9月20日,中國用一枚火箭發(fā)射3顆衛(wèi)星獲得成功,成為世界上第4個掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)的國家。1984年4月8日,“東方紅二號”地球靜止軌道通信衛(wèi)星發(fā)射并定點成功,中國成為世界上第5個能自行研制發(fā)射地球靜止軌道通信衛(wèi)星的國家。1988年9月7日和1990年9月3日,兩顆“風云一號”太陽同步軌道氣象衛(wèi)星先后發(fā)射成功。1997年6月10日第1顆“風云二號”靜止軌道氣象衛(wèi)星發(fā)射成功,我國成為世界上第3個同時擁有極軌道和靜止軌道氣象衛(wèi)星的國家。1999年10月14日,中國第1顆“資源一號”衛(wèi)星發(fā)射成功,我國成為世界上第4個擁有地球資源衛(wèi)星的國家。2000年10月31日第1顆“北斗一號”導航衛(wèi)星發(fā)射成功,至今已成功發(fā)射6顆導航衛(wèi)星,建成了“北斗一號”區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng),成為世界上第3個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。至今,我國自行研制和發(fā)射了80多顆人造地球衛(wèi)星。我國研制的14種“長征”系列運載火箭基本上滿足了發(fā)射不同軌道、不同用途衛(wèi)星的要求。迄今,“長征”系列運載火箭117次騰空,將我國自行研制的80多個空間飛行器(包括7艘飛船和1個月球探測器)送入預定軌道,成功發(fā)射了29顆外國制造的衛(wèi)星。我國獨立研制成了返回式遙感衛(wèi)星系列、“東方紅”通信廣播衛(wèi)星系列、“風云”氣象衛(wèi)星系列、“實踐”科學探測與技術(shù)試驗衛(wèi)星系列、“資源”地球資源衛(wèi)星系列、“海洋”衛(wèi)星系列和“北斗”導航定位衛(wèi)星系列。各類衛(wèi)星被廣泛應用于社會、經(jīng)濟、科技、文化教育和國防建設等領域,在推動國防現(xiàn)代化建設和國民經(jīng)濟建設上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

生命天書揭秘密——破譯基因圖譜

人類既遙望星空,也需要探索自己生命的本質(zhì)和奧秘。為此,中國參與了人類最重要的探索自身的科學研究,破譯自身的生命密碼,即人類基因組計劃。

人類基因組計劃是要揭開組成人體10萬個基因的30億個堿基對的秘密。該計劃先后有美、英、日、德、法及中國等6個國家、16個實驗室及1100名生物科學家、計算機專家和技術(shù)人員參加。1999年7月我國在國際人類基因組注冊,承擔了國際人類基因組大規(guī)模測序任務的1%,即3號染色體短臂上3000

萬個堿基對的測序任務。

2002年中國科學家又承擔了人類基因組單體型圖計劃10%的任務,即構(gòu)建3號、21號染色體和8號染色體短臂的單體型圖。同時,中國還提供一半的亞裔樣品。這個計劃主要是破解人類基因組序列中的單個堿基差異,了解其在人群中的分布與規(guī)律,為發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的基因及其多態(tài)位點提供重要依據(jù)。

2007年10月11日,由深圳華廈基因研究院、生物信息系統(tǒng)國家工程研究中心及中國科學院北京基因研究所共同繪制的第一個完整中國人基因組圖譜(又稱“炎黃一號”)宣布完成。這也是第一個亞洲人全基因序列圖譜,是用新一代測序技術(shù)獨立完成的100%中國人基因組圖譜。從族群的差異來說,由于完成的中國人的基因組是漢族人的基因組,因而意味著能把這一成果覆蓋到中國92%的漢族人口。至少讓擁有相同遺傳特點的同一族群的人在未來可享有藥物治療和保健的基礎。

人類基因組研究至少在疾病治療方面提供了堅實的基礎。未來,對于單基因病,如亨廷頓舞蹈病、遺傳性結(jié)腸癌和乳腺癌等,可采用“定位克隆”和“定位候選克隆”的思路進行診斷和治療。對于心血管疾病、腫瘤、糖尿病、神經(jīng)精神類疾病(如老年性癡呆、精神分裂癥等)、自身免疫性疾病等多基因疾病則可通過多基因的調(diào)控來診斷治療。

修補生命不是夢——干細胞和再生醫(yī)學研究

生命不只是出生和成長,還有死亡和受傷。對于生命的損傷以及并未達到人類正常壽命的死亡,是可以通過生物醫(yī)學技術(shù)來彌補的,干細胞和再生醫(yī)學就是這樣一種典型技術(shù),中國人正在這個領域突飛猛進。

干細胞研究和再生醫(yī)學是生物醫(yī)學的前沿陣地之一,中國在這一領域有很多成果已經(jīng)接近世界先進水平。目前國際干細胞研究形成了4大熱點,即胚胎干細胞建系及定向誘導成組織細胞的分子機制;成體干細胞橫向分化的條件:各種組織成體干細胞庫的建立以及臨床治療試驗等。

中國研究人員已經(jīng)能體外克隆出人骨、血液、神經(jīng)和皮膚等組織,并已經(jīng)著手克隆血管、食道和膀胱等器官。例如,我國已研發(fā)了第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)并己獲得國家藥品監(jiān)督管理局批準的規(guī)范的自體骨髓間充質(zhì)干細胞(MSCs)產(chǎn)品,在修復心肌、再生血管、改善心功能上明顯優(yōu)于骨髓單個核細胞。同時,我國也建立了人類胚胎干細胞體外誘導分化為中腦多巴胺能神經(jīng)元和脊髓運動神經(jīng)元的方法,以及建立誘導人胚胎干細胞分化為肝細胞的方法,為治療帕金森氏病、細胞移植和肝病替代治療提供了基礎。同時,我國研究人員從骨髓中分離出間充質(zhì)干細胞進行肌腱體外培養(yǎng),形成有正常功能的肌腱細胞。將這些肌腱細胞植入后腿膝蓋部肌腱斷裂的小白鼠,能幫助小白鼠恢復正常的活動能力。

我國研究人員還利用干細胞在一只身長不足5厘米,體重不過20克的裸鼠背上培育出了1厘米長管狀的兔子尿道。我國研究人員還從大鼠的軟骨中提取間充質(zhì)干細胞,經(jīng)體外培養(yǎng)擴增后,可以形成心肌細胞,植入發(fā)生心肌梗塞的大鼠心臟中,顯著改善了心臟功能。

這些成果意味著,不久以后,可以利用干細胞克隆生成的器官和組織治療癌癥、心血管疾病、糖尿病、肝臟疾病、帕金森氏病、泌尿系統(tǒng)疾病、老年性癡呆等疾病。

水稻“天書”已破譯——水稻基因測序

水稻是人類的重要食糧,世界上有一半的人靠水稻為生,人類在感謝它的同時,更愿意從分子深處了解它的奧秘,于是中國人參與了破譯水稻基因組。

2005年8月出版的英國《自然》雜志刊登了一張水稻全基因組序列完成圖,其覆蓋率和精確度均遠遠高于此前發(fā)表的草圖。這是目前己完成的最精確、最完整的測序工作之一,是繼人類基因組計劃之后,科學家完成的又一項重要測序工作。我國科學家(包括臺灣地區(qū)的科學家)對國際水稻基因組計劃的貢獻率達20%,寫下了絢爛的“中國卷”。國際水稻基因組測序計劃始于1998年,由日本、美國、中國等10個國家和地區(qū)參加。此次繪制完成的水稻基因組全圖不僅定位了水稻中的3.75萬個基因,而且率先在動植物中完成了對著絲粒的測序。除已經(jīng)完成測序的水稻1、4、10號染色體外,其余染色體的測序分別由日本(5條)、美國(2條)、中國臺灣(1條)、法國(1條)完成,印度、韓國、巴西等參與了部分染色體測序工作。

2002年底,科學家們初步繪制完成了水稻基因組草圖。中國科學院上海生命科學研究院國家基因研究中心參與了這項國際大型研究工作。在草圖的繪制中,中國科學家圓滿完成了水稻4號染色體的精細序列測定和分析工作。在接下來的全圖繪制中,中方科學家承擔并完成了水稻秈、粳兩個亞種間全基因組序列的比較及水稻基因組著絲粒序列的分析工作。另外,中方科學家還填補了水稻4號染色體序列的4個物理空缺和近300個序列空缺,使得4號染色體仍然是測序最完整的染色體之一。水稻是迄今第一個被測序的農(nóng)作物,共有12條染色體,其中蘊藏著高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、美味色香以及與抗病抗蟲、抗逆等性狀相關(guān)的遺傳信息。解析水稻基因組序列,是改進水稻品質(zhì)、提高水稻產(chǎn)量的前提和基礎。

糧棉生產(chǎn)創(chuàng)奇跡——超級稻和轉(zhuǎn)基因棉

曾有人懷疑:誰來養(yǎng)活中國人。這個問題由一位叫袁隆平的中國科學家作出了回答:靠中國人,首先是靠超級水稻。

中國是世界上首個成功培育出超級雜交水稻的國家,這一切都要歸功于這位叫袁隆平的人。雜交稻研究是公認的世界難題,袁隆平的研究相繼獲得了“二九南1號”、“三系雜交稻”、“兩系法雜交水稻”、“超級雜交稻”的成果。2008年10月,超級雜交稻在示范區(qū)躍上畝產(chǎn)900千克大關(guān)。從“三系法”到“兩系法”再到“超級稻”,從畝產(chǎn)400千克到600千克再到900千克,我國農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了世界糧食生產(chǎn)的奇跡——以7%的耕地養(yǎng)活了占世界22%的人口。目前,中國的雜交水稻已走出國門,為解決全球特別是發(fā)展中國家的缺糧問題發(fā)揮作用。至今,已有東南亞、南亞、南美、非洲等40多個國家和地區(qū)研究或引種,種植面積達150萬公頃,增產(chǎn)效益十分顯著,被世界譽為“中國第五大發(fā)明”。

中國人能自己解決吃的問題,同樣也能自己解決穿的問題,這首先體現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因抗蟲棉方面。所謂轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,就是通過生物技術(shù),把一種細菌的遺傳物質(zhì)(DNA)片段轉(zhuǎn)移到棉花里,讓棉花具有一定的抗蟲性狀。我國是世界產(chǎn)棉和消費大國。20世紀90年代前期,大面積的棉鈴蟲災害使得我國一些棉區(qū)的棉花畝產(chǎn)降幅達80%。就在棉鈴蟲肆虐之際,一家跨國公司憑借其領先世界的生物技術(shù),研制出了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,并一舉占有我國95%的抗蟲棉市場份

額。發(fā)展國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉勢在必行。我國從1991年開始進行棉花抗蟲基因的構(gòu)建工作,1992年,中國農(nóng)科院生物技術(shù)所采用基因工程技術(shù),成功研制出單價抗蟲基因,使中國成為世界上第二個擁有抗蟲基因自主知識產(chǎn)權(quán)的國家。繼而,他們又先后培育成功既抗棉鈴蟲又抗蚜蟲的雙抗棉花新品種。采用基因工程和傳統(tǒng)雜交技術(shù)相結(jié)合的方法,我國科學家首次在國際上選育成功高產(chǎn)量、高純度、高效率、大規(guī)模、低成本、能夠直接應用的轉(zhuǎn)雙價抗蟲基因的三系雜交抗蟲棉sGKz8,整體技術(shù)水平居國際領先。如今,我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種在產(chǎn)量、抗性等方面已明顯優(yōu)于美國抗蟲棉品種,不僅奪回了70%的市場份額,而且走向了國際市場。

獲取資源新途徑——動物克隆與轉(zhuǎn)基因技術(shù)

人類為了向動植物獲取更多的資源,發(fā)明了克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)。中國人在這個領域也走到了世界的前列。

克隆(Clone)源于希臘文Klon,原意為用樹木的枝條增殖,現(xiàn)指人工誘導下的無性繁殖,即從一個細胞得到兩個以上的細胞、細胞群或生物體,由一個親本系列產(chǎn)生的DNA系列的技術(shù),稱之為克隆技術(shù)。將一個細胞分裂繁殖一大群細胞,叫一個克隆。1903年開始,克隆技術(shù)被引入園藝學,隨后逐漸應用到植物學、動物學和醫(yī)學方面,現(xiàn)已通過無性繁殖方式產(chǎn)生后代,如克隆青蛙、克隆鼠、克隆兔、克隆猴、克隆豬、克隆牛,乃至用體細胞克隆山羊、綿羊。這一尖端生物技術(shù)還能挽救瀕危動植物,所以克隆技術(shù)成為20世紀重大的科技成果之一。

從20世紀80年代起,我國就開展了大量的動物胚胎細胞克隆研究工作。1984年3月9日,我國青年學者旭日干與日本學者合作,培育出世界上第一胎“試管山羊”,1989年,“試管綿羊”被成功培育。1989年8月15日,我國又成功培育出首胎“試管牛”?!霸嚬芫d羊”和“試管?!钡某晒ε嘤刮覈蔀槔^美國、日本、法國之后在世界上擁有此項技術(shù)的為數(shù)不多的國家之一。山東萊陽農(nóng)學院的克隆牛在國際上首次使用了玻璃化超快速冷凍保存技術(shù);中國農(nóng)業(yè)大學成功地克隆了我國第一頭體細胞克隆豬;西北農(nóng)林科技大學培育了世界首例成年體細胞克隆山羊。動物體細胞克隆大大加速高產(chǎn)牲畜、優(yōu)質(zhì)種畜的迅速擴繁。2002年,中國首批本土克隆牛誕生,使中國繼日本、新西蘭和美國之后,成為第四個克隆牛研究成功的國家,創(chuàng)造了克隆胚胎移植受胎率、妊娠出生率、繁殖成活率和群體規(guī)模四項世界第一,成為中國生物工程技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑。

在克隆的同時可以引進一些外源性基因稱為轉(zhuǎn)基因。我國在轉(zhuǎn)基因動物研究方面也取得了可喜的成就,如轉(zhuǎn)基因魚等已處于國際領先地位,轉(zhuǎn)基因奶牛的研究也可望在近期內(nèi)有突破性進展。一種生長耗料低、肉質(zhì)好、抗病力強的轉(zhuǎn)基因豬,已由湖北省農(nóng)科院畜牧所培育成功,其基因?qū)肟傂蕿?.1%,比國外高出一倍多,超過國際先進水平。2003年10月13日,世界上第一頭轉(zhuǎn)人巖藻糖轉(zhuǎn)移酶基因的體細胞克隆?!皫r娃”在其出生地山東省梁山縣通過專家鑒定?!皫r娃”同時創(chuàng)造了在同一頭牛中轉(zhuǎn)有3種(人巖藻糖轉(zhuǎn)移酶基因、綠色熒光蛋白基因和新霉素抗性基因)不同外源性基因的世界先例。

生命進化有新說——澄江動物群研究

人類和生命來自哪里?中國科學家對此作出了某些回答,這就是寒武紀生命大爆發(fā)的研究成果。

寒武紀距今5.4億~5.1億年,在短短的500萬~1000萬年時間內(nèi),大量生物門類迅速涌現(xiàn),現(xiàn)今30多個門類那時就涌現(xiàn)出20個。寒武紀生命大爆發(fā)一直讓包括達爾文在內(nèi)的科學家們困惑不解。在人們普遍認同達爾文進化論的今天,全面揭示并合理解釋寒武紀生物大爆發(fā)的真實原因、探索眾多動物門類起源的難題,是古生物學和進化生物學的重要前沿科學領域。自1984年我國學者在云南澄江發(fā)現(xiàn)“澄江動物群”以來,深入研究寒武紀生命大爆發(fā)成為可能,而我國科學家更憑借得天獨厚的化石資源優(yōu)勢,取得了突出成就:采集標本10萬余件,并對各門類化石進行了化石生物學、功能解剖學、演化生物學、古生態(tài)學、古地理學、埋藏學等多學科綜合研究;發(fā)現(xiàn)并研究了包括脊椎、真節(jié)肢、螯肢和甲殼等動物的起源;發(fā)現(xiàn)并論證了已知最古老、最原始的脊椎動物昆明魚和??隰~,將脊椎動物早期歷史往前推進了約5千萬年;證實了現(xiàn)生動物門和亞門以及復雜生態(tài)體系起源于早寒武紀:提出“廣義進化論”,對寒武紀生命大爆發(fā)的激發(fā)因素進行了綜合分析……一系列的相關(guān)成果使得我國科學家在早期生命演化與“寒武紀大爆發(fā)”研究領域取得國際領先地位。其中“澄江動物群與寒武紀大爆發(fā)”研究項目榮獲國家自然科學獎一等獎。

全球前10有“曙光”——超級計算機

除了吃穿住等人類的基本需求外,信息攝取和處理也成為人類進步和經(jīng)濟發(fā)展的巨大標志,中國人研發(fā)的超級計算機已進入世界前10名的行列。

2008年8月,由中國科學院計算技術(shù)研究所、曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司自主研發(fā)制造的百萬億次超級計算機“曙光5000”研制成功?!笆锕?000”高性能計算機是國家863計劃高性能計算機及其核心軟件重大專項支持的研究項目,是面向網(wǎng)絡的高性能計算機,同時也是面向信息服務的超級服務器,可以提供多目標的系統(tǒng)服務。“曙光5000”系統(tǒng)峰值運算速度達到每秒230萬億次浮點運算,Linpack(高性能計算領域最出名和使用最廣泛的基準測試)運算速度超過每秒160萬億次浮點運算,是目前國內(nèi)速度最快的商用高性能計算機系統(tǒng),其運算速度全球排名前10。除了超強計算能力,它還擁有全自主、超高密度、超高性價比、超低功耗以及超廣泛應用等特點。這標志著中國成為繼美國之后第二個能制造和應用超百萬億次商用高性能計算機的國家,也表明我國生產(chǎn)、應用、維護高性能計算機的能力達到世界先進水平。從突破發(fā)達國家的技術(shù)限制與封鎖,到躋身世界高性能計算機平臺供應商,再到成功地轉(zhuǎn)型商用……中國高性能計算機的發(fā)展已經(jīng)走過了17年的歷程。曙光通過他們的信念、通過他們的智慧,讓這一切慢慢地成為了自己手中的現(xiàn)實和別人眼中的奇跡。

自主研發(fā)中國“芯”——龍芯高級芯片

高性能的計算機是信息技術(shù)的核心,而芯片又是計算機的核心。中國的龍芯正是這樣一種高級芯片。

龍芯(英語:Loongson)是我國第一款自主開發(fā)的高性能通用CPU芯片,由中國科學院計算機技術(shù)研究所于2002年研制成功。龍芯的特殊性在于它是通用CPU,而不是一般的ASIC芯

片。通用CPU是信息產(chǎn)業(yè)的基礎部件,是武器裝備的核心器件。通用CPU可廣泛應用在國防安全、計算機、工業(yè)控制、信息家電、汽車電子、航空航天等領域??梢哉f,通用CPU對于信息產(chǎn)業(yè),就像鋼鐵對于工業(yè),具有基礎的支撐作用。發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的微處理器,建立自主可控的信息產(chǎn)業(yè)是國家的需要、時代的需要,是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。自從2001年初正式開始龍芯處理器的設計以來,龍芯已經(jīng)走過了8年的歷史。龍芯的發(fā)展經(jīng)歷技術(shù)積累、產(chǎn)業(yè)突破、產(chǎn)業(yè)積累以及形成體系4個發(fā)展階段。在這8年中。我國從無到有地掌握了高性能處理器的核心技術(shù)及其質(zhì)量設計技術(shù),目前最新設計的龍芯系列處理器已經(jīng)達到了世界先進水平(最近流行的四核龍芯3號處理器采用65nm工藝,主頻IGHz,晶體管數(shù)目達到4,25億個)。8年來,龍芯系列芯片將我國高性能通用CPU與國際先進水平的距離縮短了15年。龍芯的每一個動作,都成為整個計算機產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點。

不盡能源滾滾來——“人造太陽”研制

人類能不能制造一個裝置像太陽那樣為人類提供源源不斷的能源?回答是可能的,中國科學家已經(jīng)獲得初步成功。

“人造太陽”是指基于可控熱核聚變反應堆,使其像太陽那樣產(chǎn)生巨大的能量,安全可靠而又一勞永逸地解決人類能源之需。這一計劃的正式名稱是國際熱核聚變實驗堆項目(ITER),其意義不亞于國際空間站計劃和人類基因組計劃。中國與美、歐、俄、日、韓、印7方共同參與,并承擔10%的任務,從而使該計劃成為迄今為止我國參與的最昂貴也最具挑戰(zhàn)性的大科學工程國際合作項目。我國自主設計、自主建設的人造太陽——EAST熱核聚變裝置也于2006年9月首次成功放電,成為世界上第一個建成并真正運行的“實驗型先進超導托卡馬克”裝置。托卡馬克是“磁線圈圓環(huán)室”的俄文縮寫,這是一個由封閉磁場組成的“容器”,用來約束電離子的等離子體。為了達到核聚變所要求的條件,托卡馬克已經(jīng)變?yōu)橐粋€高度復雜的裝置,要有超大電流、超強磁場、超高溫、超低溫等極限環(huán)境,對工藝和材料也提出了極高的要求。EAST裝置有真正意義的全超導和非圓截面特性,更有利于科學家探索等離子體穩(wěn)態(tài)先進運行模式,其工程建設和物理研究將為ITER的建設提供--直接經(jīng)驗和基礎。未來的穩(wěn)態(tài)運行的熱核聚變反應堆用于商業(yè)運行后,所產(chǎn)生的能量夠人類用數(shù)億年乃至數(shù)十億年。

上天入水有幫手——機器人技術(shù)

讓機器人為人類干活再也不是夢想而是現(xiàn)實,中國人現(xiàn)在也圓了這個夢。

我國現(xiàn)有機器人數(shù)目與全球相比僅占很小的比例,然而在某些領域已經(jīng)取得了世界公認的成績。例如,2006年5月9日,中國科學院自動化研究所在中國科技館新館奠基典禮上展出了兩款仿人機器人,至今許多人還對能微笑、哭泣、憤怒、作思考狀的“童童”和能按照要求立刻畫出熊貓、小狗、老鼠以及當場為任何人畫肖像的“貝奇”記憶猶新。除了仿人領域,機器人還能在探知神秘海底世界方面發(fā)揮舉足輕重的作用。1986年863計劃實施之前,我國研制的水下機器人都是有纜遙控水下機器人,工作深度僅為300米。1997年6月中國第一套6000米水下機器人試驗成功,標志著在無纜水下機器人研制方面中國已經(jīng)達到了國際先進水平。我國目前已自主研制出7000米水下機器人,期待能夠在海底探測方面做出更大的貢獻。在我國第24次南極科考中,有了兩位特殊的隊員——具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“低空飛行機器人”和“冰雪面移動機器人”,其中低空飛行機器人在150米的高空成功進行了兩次15分鐘25千米的低空穩(wěn)定飛行,冰雪面移動機器人成功地進行了機動能力、環(huán)境適應能力、防水能力的試驗和模擬冰川移動測量等科考任務,它們在南極惡劣的自然和氣候條件下能大顯身手,這標志著中國極地科考機器人的研究及應用進入了一個新的階段。

納米描繪新世界——納米技術(shù)研究

納米是10億分之一米,相當于4倍原子大小,比單個細菌的長度還要小。這種微觀的尺度正在改變著世界。

中國的納米科技研究與國外幾乎同時起步,在核心期刊發(fā)表的納米科技論文總數(shù)位居世界前列。例如,有關(guān)納米碳管方面的學術(shù)論文排在美、日之后位居世界第三。在納米碳管的制備方面,1996年我國科學家首次發(fā)明了控制多層碳管直徑和取向的模板生長方法,制備出離散分布、高密度和高強度的定向碳管;1998年合成了世界上最長的納米碳管,創(chuàng)造了一項“3毫米的世界之最”,這種超長納米碳管比當時的納米碳管長度提高1~2個數(shù)量級;世界上最細的納米碳管也制造出來,直徑僅為0.33~0.5納米。在納米金屬材料方面,我國科學家首次發(fā)現(xiàn)納米金屬的奇異性能——超塑延展性,納米銅在室溫下競可延伸50多倍而“不折不撓”,被譽為本領域的一次突破。在納米存儲技術(shù)方面,我國科學家2000年在有機薄膜材料上做出的點陣,信息點直徑僅為0.6納米,較國外報道的研究結(jié)果小近一個數(shù)量級,是現(xiàn)已實用化的光盤信息存儲密度的近百萬倍,從而在超高密度信息存儲研究上再創(chuàng)世界之最。

中國的科技成就掛一漏萬,僅僅上述一些成就已經(jīng)讓我們了解到,科技對于中國人是多么重要,中國的科技有了多么巨大的成就。(文章代碼:1602)

責任編輯張?zhí)锟?/p>

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