高考物理微-2021年度中國(guó)科學(xué)進(jìn)展

高考物理微專題-2021年度中國(guó)科學(xué)進(jìn)展

2022年2月28日，科技部發(fā)布2021年度中國(guó)科學(xué)進(jìn)展：

火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星

中國(guó)空間站天和核心艙成功發(fā)射，神舟十二號(hào)、十三號(hào)載人飛船

成功發(fā)射并與天和核心艙成功完成對(duì)接

嫦娥五號(hào)月球樣品揭示月球演化奧秘

FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本

實(shí)現(xiàn)高性能纖維鋰離子電池規(guī)?；苽?/p>

可編程二維62比特超導(dǎo)處理器“祖沖之號(hào)”的量子行走

自供電軟機(jī)器人成功挑戰(zhàn)馬里亞納海溝

火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星

2021年5月15日7時(shí)18分，天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸于火星

烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星取得成

功。任務(wù)采用了“氣動(dòng)減速-傘降減速-動(dòng)力減速-著陸緩沖”四級(jí)串聯(lián)

減速技術(shù)路線，建立了設(shè)計(jì)迭代改進(jìn)流程和多學(xué)科綜合優(yōu)化方法，提

高了系統(tǒng)應(yīng)對(duì)故障工況和進(jìn)入條件極限拉偏下的安全著陸能力。

天問一號(hào)探測(cè)器著陸火星，是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)地外行星著陸，邁出

了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步，實(shí)現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越,

在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，使我國(guó)成為第二個(gè)成功著陸火星的

國(guó)家，是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的又一具有里程碑意義的進(jìn)展。

中國(guó)空間站天和核心艙成功發(fā)射

神舟十二號(hào)、十三號(hào)載人飛船成功發(fā)射

并與天和核心艙成功完成對(duì)接

2021年4月29日，中國(guó)空間站天和核心艙在海南文昌航天發(fā)射

場(chǎng)發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，任務(wù)取得成功。天和核心艙發(fā)射成

功，標(biāo)志著我國(guó)空間站建造進(jìn)入全面實(shí)施階段，為后續(xù)任務(wù)展開奠定

了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

6月17日，神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)射成功，并與天和核心艙成

功完成對(duì)接，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3位航天員送入太空,

這是天和核心艙發(fā)射入軌后，首次與載人飛船進(jìn)行的交會(huì)對(duì)接。我國(guó)

的載人航天飛船脫離試驗(yàn)階段，開始實(shí)現(xiàn)太空往返常態(tài)化，我國(guó)正式

進(jìn)入太空站時(shí)代。

10月16日，神州十三號(hào)載人飛船發(fā)射成功，并采用自主快速交

會(huì)對(duì)接模式成功對(duì)接于天和核心艙徑向端口，順利將翟志剛、王亞平、

葉光富3位航天員送入太空，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)載人飛船在太空的首次徑向

交會(huì)對(duì)接。

嫦娥五號(hào)月球樣品揭示月球演化奧秘

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究人員利用過去十多年來建立的

超高空間分辨率的定年和同位素分析技術(shù)，對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品玄武

巖進(jìn)行了精確的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)及巖漿水含量的研究。結(jié)果顯

示,嫦娥五號(hào)玄武巖形成于20.30±0.04億年，確證月球的火山活動(dòng)

可以持續(xù)到20億年前，比以往月球樣品限定的火山活動(dòng)延長(zhǎng)了約8

億年。

這一結(jié)果為撞擊坑定年提供了關(guān)鍵錨點(diǎn)，將大幅提高內(nèi)太陽系星

體表面撞擊坑定年的精度。研究還揭示嫦娥五號(hào)玄武巖的月幔源區(qū)并

不富含放射性生熱元素和水，排除了放射性元素提供熱源，或富含水

降低熔點(diǎn)兩種月幔熔融機(jī)制，對(duì)未來的月球探測(cè)和研究提出了新的方

向。

FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本

快速射電暴（FRB）是無線電波段宇宙最明亮的爆發(fā)現(xiàn)象。FRB

121102是人類所知的第一個(gè)重復(fù)快速射電暴，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文

臺(tái)李菊等使用“中國(guó)天眼”FAST成功捕捉到FRB121102的極端活動(dòng)

期，最劇烈時(shí)段達(dá)到每小時(shí)122次爆發(fā)，累計(jì)獲取了1652個(gè)高信噪

比的爆發(fā)信號(hào)，構(gòu)成目前最大的FRB爆發(fā)事件集合。

研究發(fā)現(xiàn)FRB爆發(fā)率存在特征能量E0=4.8xl037erg；探測(cè)到其能

譜的雙峰結(jié)構(gòu)，即低能端接近正則對(duì)數(shù)，展現(xiàn)快速射電暴重復(fù)過程的

隨機(jī)性；高能端接近洛倫茲函數(shù)，展現(xiàn)強(qiáng)輻射存在可能的相關(guān)過程。

FAST樣本排除了FRB121102爆發(fā)在一毫秒至一小時(shí)之間的周期性或

準(zhǔn)周期性，嚴(yán)格限制了重復(fù)快速射電暴由單一致密天體起源的可能性。

該研究首次展現(xiàn)了FRB的完整能譜，深入揭示了FRB的基礎(chǔ)物理機(jī)制。

實(shí)現(xiàn)高性能纖維鋰離子電池規(guī)模化制備

如何通過設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)（如創(chuàng)建纖維鋰離子電池）滿足電子產(chǎn)品高

度集成化和柔性化發(fā)展要求，是鋰離子電池領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。

纖維鋰離子電池內(nèi)阻與長(zhǎng)度之間獨(dú)特的雙曲余切函數(shù)關(guān)系，即內(nèi)

阻隨長(zhǎng)度增加并不增大，反而先下降后趨于穩(wěn)定。在此理論指導(dǎo)下構(gòu)

建的纖維鋰離子電池具有優(yōu)異且穩(wěn)定的電化學(xué)性能，能量密度較過去

提升了近2個(gè)數(shù)量級(jí)，彎折10萬次后容量保持率超過80%；建立的

世界上首條纖維鋰離子電池生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了其規(guī)?；B續(xù)制備；編織

集成得到的纖維鋰離子電池系統(tǒng)，電化學(xué)性能與商業(yè)鋰離子電池相當(dāng),

而穩(wěn)定性和安全性更加優(yōu)異。

可編程二維62比特超導(dǎo)處理器“祖沖之號(hào)”的量子行走

量子行走是經(jīng)典隨機(jī)行走的量子力學(xué)模擬，是實(shí)現(xiàn)量子模擬、量

子搜索算法乃至通用量子計(jì)算的工具。

通過研發(fā)兼容平面工藝的三維引線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了量子比特結(jié)構(gòu)從

一維向二維的拓展，設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)由62個(gè)比特組成的8X8的二

維結(jié)構(gòu)超導(dǎo)量子比特陣列，構(gòu)建了“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)，并

通過該裝置演示高保真的單粒子和雙粒子連續(xù)時(shí)間量子行走。利用量

子處理器的高可編程性，實(shí)現(xiàn)了量子比特激發(fā)粒子行走路徑的精確調(diào)

控，在固態(tài)量子芯片實(shí)現(xiàn)了馬赫-曾德爾干涉儀。

該工作是世界范圍內(nèi)公開發(fā)表的首個(gè)比特?cái)?shù)超過60的超導(dǎo)量子

計(jì)算領(lǐng)域的成果，驗(yàn)證了對(duì)含噪聲中等規(guī)模量子比特系統(tǒng)的高精度量

子調(diào)控能力，為研制祖沖之二號(hào)、實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”奠定了基

礎(chǔ)。

自供電軟機(jī)器人成功挑戰(zhàn)馬里亞納海溝

深海機(jī)器人與裝備需要高強(qiáng)度金屬耐壓外殼或壓力補(bǔ)償系統(tǒng)來

保護(hù)內(nèi)部機(jī)電系統(tǒng)。從深海獅子魚”頭部骨骼分散融合在軟組織中”

這一生理特性提取仿生靈感，揭示了深海極端壓力條件下軟機(jī)器人功

能器件破壞及驅(qū)動(dòng)失效的內(nèi)在機(jī)制；提出了硬質(zhì)器件分散融入軟基體

實(shí)現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力調(diào)控的方法，以及適應(yīng)深海低溫、高壓環(huán)境的電驅(qū)