科技日報記者 陳曦

2024年，中國科技界捷報頻傳，大國重器亮點紛呈，科技成果競相涌現(xiàn)。從全球最大26兆瓦級海上風力發(fā)電機組下線，到自主研制的300兆瓦級F級重型燃氣輪機順利點火；從我國首顆可重復使用返回式技術(shù)試驗衛(wèi)星成功回收，到全球首例介入式腦機接口傳感器血管內(nèi)取出試驗獲得成功……一項項科技成果，不僅標注著科技發(fā)展的中國高度，也為全球科技發(fā)展注入強勁動力。

“本源悟空”量子計算機上線運行

搭載我國首個量子計算機操作系統(tǒng)

1月6日，我國第三代自主超導量子計算機——“本源悟空”上線運行?！氨驹次蚩铡贝钶d72位自主超導量子芯片“悟空芯”，共有198個量子比特，其中包含72個工作量子比特和126個耦合器量子比特。這是目前我國最先進的可編程、可交付超導量子計算機。

“本源悟空”還搭載了我國首個量子計算機操作系統(tǒng)——本源司南3.0版本。這一系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了對量子計算任務批處理的支持，不僅支持量超協(xié)同計算，還可高效調(diào)度量子計算資源，大幅提升量子計算機整機運行效率。

4月10日，“本源悟空”成功裝備國內(nèi)首個PQC（后量子密碼）“抗量子攻擊護盾”。從算力提升到“攻守兼?zhèn)洹?，我國量子計算機制造鏈更加完備。

10月25日，我國科學家在“本源悟空”上，成功完成了全球最大規(guī)模的量子計算流體動力學仿真，標志著國產(chǎn)量子算力在解決實際問題方面取得重要進展。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《應用力學與工程中的計算機方法》上。中國科學院量子信息重點實驗室副主任、“本源悟空”科研團隊主要負責人郭國平表示：“此次研究不僅證明我國自主超導量子計算機具備開展大規(guī)模、高精度流體動力學研究的能力，也為我們探索更多復雜科學問題提供了新工具和新方法。”

目前，“本源悟空”已與多個國家級超算中心以及金融、通信、電力、航空、航天等部門和單位展開合作。

空間環(huán)境地面模擬裝置驗收

模擬九大類空間環(huán)境因素

北國冰城，一座“地面空間站”拔地而起。2月27日，由哈爾濱工業(yè)大學、中國航天科技集團聯(lián)合建設(shè)的空間環(huán)境地面模擬裝置在哈爾濱通過驗收。這是我國航天領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

空間環(huán)境地面模擬裝置被稱為“地面空間站”，是“十二五”時期開始建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。它可以模擬真空、高低溫、帶電粒子、電磁輻射、空間粉塵、等離子體、弱磁場、中性氣體、微重力等九大類空間環(huán)境因素，旨在聚焦航天領(lǐng)域重大基礎(chǔ)性科學技術(shù)問題，構(gòu)建空間綜合環(huán)境與航天器、生命體和等離子體作用科學領(lǐng)域的大型研究基地。

空間環(huán)境地面模擬裝置國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，聚焦航天領(lǐng)域的重大基礎(chǔ)性科學技術(shù)問題，構(gòu)建我國首個空間綜合環(huán)境與航天器、生命體和等離子體作用科學領(lǐng)域的大型研究基地，形成國際領(lǐng)先水平的空間環(huán)境耦合效應試驗研究平臺。相較于把實驗儀器設(shè)備搬到太空，“地面空間站”既能節(jié)省成本、減少安全隱患，又可以根據(jù)科學問題和工程需要，設(shè)置特定的環(huán)境因素，不受時空限制進行多次重復驗證，從而創(chuàng)造更加安全便捷的實驗條件和科研手段。

空間環(huán)境地面模擬裝置2005年開始論證，2024年正式通過驗收，整個建設(shè)過程歷時18年。去年試運行以來，裝置已經(jīng)服務了國內(nèi)外多家單位，支撐了我國多款宇航電子元器件的研發(fā)和一系列國家重大航天任務的實施，取得了多項標志性成果。驗收委員會認為，這一項目突破了空間環(huán)境模擬及其與物質(zhì)作用領(lǐng)域的系列關(guān)鍵技術(shù)，項目總體建設(shè)指標處于國際先進水平，部分關(guān)鍵技術(shù)指標處于國際領(lǐng)先水平。

第一口突破萬米的科探井誕生

刷新亞洲最深井紀錄

3月4日，在新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，中國石油塔里木油田深地塔科1井，經(jīng)過279天的艱苦工作，鉆探深度突破1萬米。這是我國第一口垂直深度超過1萬米的井，不僅刷新了亞洲最深井紀錄，也創(chuàng)造了當今世界上鉆探1萬米深井用時最短紀錄。這標志著我國自主攻克了萬米級特深井鉆探技術(shù)瓶頸，深地油氣鉆探能力及配套技術(shù)躋身國際先進水平。

深地塔科1井位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣境內(nèi)，設(shè)計井深11100米，其主要任務是進行地球深部科學探索和超深層油氣勘探。

深地塔科1井的鉆探過程，不僅要面對復雜多變的地質(zhì)構(gòu)造，還要跨越地下“萬重山”，穿越多套不同巖性、不同壓力系統(tǒng)的巖層。深地塔科1井自上而下要鉆穿塔里木盆地13個地層。進入8000米深度后，地層異常堅硬，先后更換了15只鉆頭才艱難鉆進到萬米。最極端時，井下的鉆工具要面對170多兆帕壓力的沖擊，同時經(jīng)受近220攝氏度的超高溫考驗。在這樣惡劣的井下環(huán)境中，一般鉆井設(shè)備儀器的電子元器件、橡膠件等，均會損壞或失效。

為了打成這口萬米深井，塔里木油田采用了我國自主研制的全球首臺12000米特深井自動化鉆機，創(chuàng)新研發(fā)了220攝氏度超高溫鉆井液、抗高溫螺桿等工藝技術(shù)，同時儲備了萬米取芯裝備、特高壓壓裂車等一批關(guān)鍵核心裝備。

“天眸芯”研制成功

性能超越傳統(tǒng)計算機視覺算法

5月30日，“天眸芯”相關(guān)成果作為封面文章，發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然》。這款芯片由清華大學科研團隊研制，是世界首款類腦互補視覺芯片。

論文通訊作者、清華大學精密儀器系教授施路平介紹，在開放世界中，智能系統(tǒng)不僅要應對龐大的數(shù)據(jù)量，還需要應對如駕駛場景中的突發(fā)危險、隧道口的劇烈光線變化和夜間強閃光干擾等極端事件。而傳統(tǒng)視覺感知芯片面對此類場景往往出現(xiàn)失真、失效或高延遲，限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

為更好應對上述問題，清華大學類腦計算研究中心團隊聚焦類腦視覺感知芯片技術(shù)，提出了一種基于視覺原語的互補雙通路類腦視覺感知新范式。

“天眸芯”采用先進的類腦計算架構(gòu)，能夠在光照變化大、動態(tài)范圍高、遮擋、噪聲、模糊等復雜視覺環(huán)境下，通過模擬人腦神經(jīng)元和突觸的連接方式，實現(xiàn)對視覺信息的層次化、并行化、自適應處理。該芯片集成了數(shù)十萬個神經(jīng)元和數(shù)百萬個突觸，能夠在低功耗下實現(xiàn)高效的視覺信息處理，其性能超越了傳統(tǒng)計算機視覺算法。

“天眸芯”具有強大的自適應學習能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化和任務需求，自動調(diào)整神經(jīng)元的連接權(quán)重和突觸的傳遞效率，實現(xiàn)對復雜視覺環(huán)境的快速適應和魯棒處理。此外，該芯片還具有高度的可擴展性和可編程性，可以方便地應用于不同領(lǐng)域的視覺信息處理任務?！疤祉尽钡某晒ρ兄?，標志著我國在類腦計算領(lǐng)域取得了重要進展，更展現(xiàn)了其在智能無人系統(tǒng)領(lǐng)域的巨大應用潛力。

深中通道建成開通

粵港澳大灣區(qū)實現(xiàn)“1小時交通圈”

伶仃洋上，一條宏偉的跨江通途如巨龍騰飛，連接起深圳與中山兩地。6月30日，深圳至中山跨江通道（以下簡稱“深中通道”）正式通車。深中通道歷時7年建成開通，是全球首個集“橋、島、隧、水下互通”于一體的跨海集群工程。

開通后，珠江口兩岸的“深莞惠”和“珠中江”兩大城市群迎來首條直連通道，深圳到中山的車程從2小時縮短至30分鐘，粵港澳大灣區(qū)實現(xiàn)“1小時交通圈”。深中通道全長約24公里，其中跨海段長22.4公里，采用設(shè)計速度100千米/小時的雙向8車道高速公路技術(shù)標準，設(shè)計使用壽命100年。

作為世界上建設(shè)難度最高的跨海集群工程之一，深中通道技術(shù)難度世界少有，且所處海域水文地質(zhì)條件異常復雜，工程受航空、水運、環(huán)保等多重因素限制，建設(shè)條件十分嚴苛。深中通道是繼港珠澳大橋后，粵港澳大灣區(qū)建成的又一超大型交通工程，攻克了多項世界級技術(shù)難題，創(chuàng)造了多項世界紀錄。

深中通道海底隧道沉管段由32個管節(jié)和一個最終接頭連接而成，其中每個管節(jié)重約8萬噸。為了讓這些龐然大物在海底精準對接，工程人員特別開發(fā)了沉管浮運安裝一體船。他們還在船上創(chuàng)新應用了坐底標定和北斗系統(tǒng)，新增沉管水下變形測量，最終使所有管節(jié)的對接精度都在5厘米以內(nèi)，連續(xù)7個管節(jié)實現(xiàn)了毫米級精度，創(chuàng)造了世界跨海隧道沉管安裝對接技術(shù)領(lǐng)域的新紀錄。

介入式腦機接口傳感器取出

安全性和生物兼容性得到驗證

8月16日，南開大學公布，全球首例介入式腦機接口傳感器血管內(nèi)取出試驗日前在北京圓滿成功。該試驗由南開大學醫(yī)學院副院長、人工智能學院教授段峰及其團隊牽頭，與中國人民解放軍空軍特色醫(yī)學中心、中國人民解放軍總醫(yī)院等聯(lián)合完成。

2022年6月25日，團隊牽頭完成了國內(nèi)首款介入式腦機接口動物羊試驗，突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術(shù)，完成了支架、導管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機接口對腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端。2023年5月4日，團隊牽頭完成了全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗，實現(xiàn)了介入式腦電信號從被動采集到主動控制的技術(shù)飛躍，突破了血管內(nèi)腦電信號采集、介入式腦電信號識別等核心技術(shù)。

據(jù)介紹，此次試驗是在前期兩項試驗基礎(chǔ)上取得的進一步成果。內(nèi)容包括涉及將無線傳輸設(shè)備植入實驗動物皮下，并將采集到的介入式腦電信號通過無線傳輸設(shè)備傳出，實現(xiàn)了穩(wěn)定、高效的信號傳輸；通過介入手術(shù)將先前導入羊顱內(nèi)血管壁上的介入式腦機接口傳感器安全取出。整個過程在DSA造影引導下進行，確保了手術(shù)過程的安全性。

此次試驗的成功，不但驗證了無線傳輸設(shè)備與介入式腦機接口系統(tǒng)的安全性和生物兼容性，而且驗證了介入式腦機接口傳感器可以在不損傷腦組織和血管的情況下被安全取出，為未來介入式腦機接口技術(shù)的臨床應用提供了堅實基礎(chǔ)。

據(jù)介紹，無線傳輸技術(shù)的應用將幫助介入式腦機接口系統(tǒng)變得更加便攜和易用，通過識別運動皮層腦電信號控制康復運動輔助機器人工作，可大大提升腦卒中、腦損傷、截癱等運動功能障礙患者的生活質(zhì)量，將來還會通過醫(yī)工結(jié)合打造高端醫(yī)療設(shè)備民族品牌，為腦疾病醫(yī)療康復領(lǐng)域帶來廣闊的市場前景和長遠的社會效益。

300兆瓦級F級重型燃氣輪機點火

為全面開展整機驗證奠定基礎(chǔ)

10月7日，我國自主研制的300兆瓦級F級重型燃氣輪機在上海臨港點火成功。

超大型燃氣輪機被公認為世界上最難造的機械裝備之一，被譽為“制造業(yè)皇冠上的明珠”。該款300兆瓦級F級重型燃氣輪機，是我國首次自主研制的最大功率、最高技術(shù)等級重型燃氣輪機，技術(shù)指標與國際主流F級重型燃氣輪機基本相當。該機型采用的新技術(shù)、新材料、新工藝對我國燃氣輪機基礎(chǔ)學科進步、產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展有顯著的輻射帶動作用，對保障我國能源安全和綠色發(fā)展具有重要意義。

燃氣輪機點火試驗是整機試驗驗證階段的首個重大試驗，主要任務是驗證整機設(shè)計、制造的有效性和試驗測試系統(tǒng)的功能完整性，為全面開展整機驗證奠定基礎(chǔ)。這次成功點火，是繼今年2月首臺樣機總裝下線以來取得的又一重要成果，標志著項目研制全面進入整機試驗驗證階段。

實踐十九號衛(wèi)星順利回收

可重復使用返回式技術(shù)再進一步

大漠戈壁，見證航天回收技術(shù)的新跨越。10月11日，我國在東風著陸場成功回收首顆可重復使用返回式技術(shù)試驗衛(wèi)星——實踐十九號衛(wèi)星，其搭載的植物及微生物育種載荷、自主可控和新技術(shù)驗證試驗載荷、空間科學實驗載荷、社會公益和文化創(chuàng)意載荷等回收類載荷已全部順利回收。

實踐十九號衛(wèi)星是我國“十四五”期間的重要新技術(shù)試驗衛(wèi)星，于9月27日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，通過飛行試驗突破了可重復使用、無損回收、高微重力保障等關(guān)鍵技術(shù)，驗證了新一代高性能可重復使用返回式空間試驗平臺各項技術(shù)指標，達到了各項預期試驗效果。

實踐十九號衛(wèi)星具有微重力水平高、時效性好、下行能力強等特點，是高效的高微重力水平空間試驗平臺，可支持微重力科學、空間生命科學等方面的研究。此次飛行任務，開展了航天育種、新技術(shù)驗證與空間科學實驗，著力推動空間新技術(shù)發(fā)展和應用。任務搭載了多個國際合作載荷，成為促進航天國際合作的良好平臺，對推動探索太空、利用太空有著重要意義。

26兆瓦級海上風力發(fā)電機組下線

單臺機組每年可輸出1億度清潔電能

10月12日，我國海上風電領(lǐng)域迎來一項重要突破——我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全球最大的26兆瓦級海上風力發(fā)電機組在福建下線。該機組單機容量26兆瓦，是當前全球范圍內(nèi)單機容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕的風電機組。

據(jù)介紹，該機組輪轂中心設(shè)計高度185米，相當于63層居民樓高；葉輪直徑超過310米，掃風面積超過7.7萬平方米，相當于10.5個標準足球場。其中，機組的發(fā)電機、葉片、軸承、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部套技術(shù)均達到了世界領(lǐng)先水平，代表了中國風電裝備全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的快速進步。此外，整臺機組由3萬余個零部件組成，供應鏈完全自主可控。

為了應對我國大部分海域平均風速高、鹽霧腐蝕強、臺風強等特點，該機組采用了全密封結(jié)構(gòu)防鹽霧腐蝕方案，確保風機能夠更好滿足25年的使用壽命需求。該機組配置雙重抗臺風技術(shù)方案，具備抵御17級超強臺風的能力。今年9月，采用該方案的風電機組成功經(jīng)受住了超強臺風“摩羯”的考驗。

在年平均風速為每秒10米的條件下，單臺機組每年可輸出1億度清潔電能，可滿足5.5萬戶普通家庭1年的生活用電，可節(jié)約標準煤3萬余噸、減少二氧化碳排放8萬余噸。該機組下線后，計劃在福建、廣東、海南等沿海風力較高的區(qū)域率先投入使用。

“夢想”號建成入列

具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力

“打穿地殼、進入地球深部”，這是人類長久以來的科學夢想。如今，中國最新入列的科考船“夢想”號有望將這一夢想變成現(xiàn)實。11月17日，這艘擁有最大11000米的鉆深能力、我國自主設(shè)計建造的首艘大洋鉆探船在廣州正式入列。

全長179.8米，寬32.8米，排水量42600噸的“夢想”號，是我國目前噸位最大的科考船，其續(xù)航力15000海里，能夠搭載180名船員?！皦粝搿碧柗€(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度按16級超強臺風安全要求設(shè)計，可在6級海況下正常作業(yè)，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力。

“夢想”號采用模塊化設(shè)計理念，攻克多項世界級船舶設(shè)計難題，在國際上首次創(chuàng)新集成大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種功能，構(gòu)建起我國自主的超深水鉆探裝備設(shè)計建造技術(shù)體系。經(jīng)兩輪海試驗證，“夢想”號主要性能指標優(yōu)于設(shè)計要求。

作為全球領(lǐng)先的深海作業(yè)平臺，“夢想”號堪稱海上移動實驗室，科考實驗功能和信息化水平國際領(lǐng)先。全船建有基礎(chǔ)地質(zhì)、古地磁、無機地化、有機地化、微生物、海洋科學、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術(shù)九大功能實驗室，總面積超3000平方米，配置有全球首套船載巖心自動傳輸存儲系統(tǒng)，可滿足海洋領(lǐng)域全學科研究需求。