中科院2021年度科技創新亮點成果共14項，分別為：

完成單位：中國科學院理化技術研究所、物理研究所

由中國科學院理化技術研究所承擔的國家重大科研裝備研制項目“液氦到超流氦溫區大型低溫制冷系統研制”于2021年4月通過驗收及成果鑒定，標志著我國具備了研制液氦溫度（零下269攝氏度）千瓦級和超流氦溫度（零下271攝氏度）百瓦級大型低溫制冷裝備的能力。項目取得一系列核心技術突破，在應用和成果轉化方面也取得重要進展，打造了“邊研究、邊應用、邊轉化”的發展模式。百瓦級大型制冷機成功實現應用，包括用于寧夏鹽池液化天然氣閃蒸氣提氦項目、中科院高能物理研究所超導磁體測試平臺，以及出口應用于韓國核聚變大科學裝置（KSTAR）等，得到用戶廣泛認可，支撐了相關行業發展。

無液氦稀釋制冷機有別于傳統的濕式稀釋制冷機，無需使用大量稀缺資源液氦輔助降溫，樣品空間大、連續運行時間長且運維方便，在最近十年迅速普及成為主流。中科院物理研究所團隊攻克了無液氦稀釋制冷機熱交換器制作等多項核心技術，完全自主研制的無液氦稀釋制冷原型機已實現10.9mK的長時間穩定連續運行，單沖程模式可達8.7mK，達到國際主流產品水平。該技術突破有望為我國量子計算等前沿研究提供低溫條件保障。

驗收專家現場考察大型低溫制冷設備

完成單位：中國科學院微生物研究所、武漢病毒研究所、生物物理研究所、上海藥物研究所、上海科技大學、中國科學技術大學、北京基因組研究所

中國科學院2021年在新冠肺炎疫苗、藥物研發及新冠病毒數據庫建設等方面取得重要進展。

在疫苗研發方面，與企業聯合研發的新冠病毒重組亞單位蛋白疫苗成為國內第四款獲批臨床緊急使用的新冠病毒疫苗，也是國際上第一個獲批臨床使用的新冠病毒重組亞單位蛋白疫苗；與企業合作研發的兩種新冠病毒滅活疫苗獲批在國內附條件上市，其中一種獲世衛組織批準通過緊急使用認證；與企業聯合研發的重組新冠病毒融合蛋白疫苗完成二期臨床試驗。

在藥物研發方面，研發的針對新冠病毒關鍵靶標主蛋白酶的候選新藥FB2001在美獲批開展臨床試驗；與企業共同研發的針對新冠病毒關鍵靶標RNA聚合酶的候選藥物VV116獲批在中國開展臨床試驗，在烏茲別克斯坦開展臨床使用許可；研發的臨床“托珠單抗+常規治療”免疫治療方案獲得英國國家衛生研究所授權，作為新冠重癥患者首選藥物應用。

在病毒數據庫建設方面，2019新型冠狀病毒信息庫（RCoV19）上線以來，已收錄全球范圍內超689萬條非冗余的基因組序列信息，收集新冠病毒相關文獻情報22.8萬篇，為全球179個國家或地區近140萬余訪客提供數據服務，累計數據下載近21.3億次，始終保持全球最新最完整的新冠病毒基因組數據動態更新。

完成單位：中國科學院合肥物質科學研究院

2021年5月，有中國“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）創造新的世界紀錄，成功實現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，將1億攝氏度20秒的原紀錄延長了5倍。12月底，EAST又實現電子溫度近7000萬攝氏度的長脈沖高參數等離子體運行1056秒，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間。這些紀錄進一步證明核聚變能源的可行性，也將為邁向商用奠定物理和工程基礎。

目前，EAST裝置是國際上唯一具備與國際熱核聚變實驗堆（ITER）類似加熱方式和偏濾器結構的磁約束核聚變實驗裝置，也是唯一能在百秒量級條件上全面演示和驗證ITER未來400秒科學研究的實驗裝置，其系列創新成果和技術積累將為我國自主建造聚變工程實驗堆提供堅實的科學技術基礎。

EAST物理實驗成果現場

完成單位：中國科學院空天信息創新研究院、國家空間科學中心、上海微小衛星創新研究院等

2021年11月5日，全球首顆專門服務聯合國2030年可持續發展議程的科學衛星“可持續發展科學衛星1號”（SDGSAT-1）成功發射。該星的發射是紀念我國恢復聯合國合法席位50周年系列活動之一。

SDGSAT-1衛星由中國科學院“地球大數據科學工程”先導專項研制，是可持續發展大數據國際研究中心規劃的首發星。該衛星搭載了熱紅外、微光和多譜段成像儀三個有效載荷，并設計了多種數據獲取模式和星上定標模式，可以實現對人類活動與自然環境相互作用過程的精細刻畫，滿足服務全球可持續發展的數據獲取效率和定量化探測需求。12月20日，SDGSAT-1首批影像在京正式發布，包括我國長三角、山東半島、西藏納木錯、新疆阿克蘇、北京、上海及法國巴黎等多個地區和城市的微光、多譜段與熱紅外成像儀影像。

目前，SDGSAT-1處于在軌測試階段，各項功能正常，性能指標滿足任務要求。在軌正常運行后，衛星將為可持續發展目標的監測、評估和科學研究提供持續穩定的全球數據支撐。未來，該星的數據產品將提供全球共享，為落實2030年可持續發展議程、推動構建人類命運共同體和“全球發展倡議”做出貢獻。

北京市微光遙感衛星影像圖

完成單位：中國科學院沈陽自動化研究所等

由中國科學院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”全海深自主遙控潛水器，在馬里亞納海溝成功完成多次連續、穩定、可靠的萬米下潛，并實現科考應用。“海斗一號”在國際上首次實現了對“挑戰者深淵”西部凹陷區的大范圍全覆蓋聲學巡航探測，獲取了珍貴的深淵海底地形地貌圖像，并以遙控模式創造了我國潛水器在萬米海底連續工作時間紀錄（超10小時），以自主模式創造了萬米海底連續巡航時間（超8小時）、萬米航行距離（超14公里）和最大下潛深度（10908米）等多項世界紀錄。

同樣由沈陽自動化所主持研制的“探索4500”自主水下機器人（AUV）成功完成北極科考應用，獲取了近底高分辨多波束、水文及磁力數據，為北極深海相關前沿科學研究提供了一種先進的探測技術手段。這是我國首次利用自主水下機器人在北極高緯度地區開展近海底科考應用，其成功下潛為我國不斷深化對北極洋中脊多圈層物質能量交換及地質過程的探索和認知獲取了重要數據資料，也將為我國深度參與北極環境保護提供重要科學支撐。

“海斗一號”

“探索4500”

完成單位：中國科學院高能物理研究所等

中國科學院高能物理研究所牽頭的國家重大科技基礎設施“高海拔宇宙線觀測站”（LHAASO）和中國首顆X射線天文衛星“慧眼”在探索極端宇宙方面取得重要突破。

LHAASO在銀河系內發現了12個超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達1.4拍（千萬億）電子伏的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子。同時，還精確測量了被稱為高能天文學“標準燭光”的蟹狀星云的亮度，最高能量超過1拍電子伏，達到了人工加速器最高電子束能量的兩萬倍左右。相關成果分別發表在《自然》和《科學》雜志上。這些成果開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代，被譽為研究高能宇宙線起源“世紀之謎”的里程碑。

“慧眼”衛星發現首個與快速射電暴相關聯的X射線暴來自銀河系內的一顆磁陀星，并在國際上首先證認該X射線暴包含的兩個X射線脈沖是快速射電暴的高能對應體，證明磁陀星可以產生快速射電暴，破解了快速射電暴的起源之謎。該成果發表在《自然-天文學》上。

LHAASO測到的12個拍電子伏加速器以及最高能量光子示意圖

完成單位：中國科學院天津工業生物技術研究所

2021年9月，中國科學院天津工業生物技術研究所在《科學》雜志發表重大研究成果，在國際上首次實現二氧化碳到淀粉的從頭合成。研究團隊利用化學催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一化合物，然后通過設計構建碳一聚合新酶，依據化學聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通過生物途徑優化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，為創建新功能的生物系統提供了新的科學基礎，有望對糧食生產產生革命性影響，對生物制造產業的發展具有里程碑式的意義。該成果目前尚處于實驗室階段，離實際應用還有相當長的距離。

在中科院重點部署項目、天津市財政專項支持下，天津工生所聯合中科院大連化學物理研究所等單位集中力量攻堅克難，探索了一條跨單位、跨領域聯合攻關，通過項目制、工程化的管理方式開展基礎研究的科研組織新模式。

人工合成的淀粉樣品

完成單位：中國科學技術大學

中國科學技術大學幾何與物理研究中心創始主任陳秀雄與合作者程經睿在偏微分方程和復幾何領域取得“里程碑式結果”，他們解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明“強制性猜想”和“測地穩定性猜想”這兩個國際數學界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關凱勒流形上常標量曲率度量和卡拉比極度量的著名問題。兩篇論文發表于國際著名刊物《美國數學會雜志》。同行專家評論上述工作“屬于凱勒幾何里最重要結果中的上乘之作”“必將成為幾何和分析兩個領域經典”。

陳秀雄近年來在偏微分方程和復幾何領域取得了一系列重要進展，改變了該領域的面貌；他與王兵合作證明了法諾凱勒里奇流極限的弱緊性，繼而與孫崧和王兵合作證明了極限的唯一性，并給出了丘成桐猜想的一個基于凱勒里奇流的新證明。

論文在線發表

完成單位：中國科學院近代物理研究所

加速器驅動核能系統（ADS）可高效解決核電安全、清潔、可持續發展所面臨的核燃料循環利用和核廢料安全處理問題，為實現“雙碳”目標提供有效解決方案。實現該系統首先要具備的關鍵裝置就是“粒子束大炮”——強流高功率加速器。中國科學院近代物理研究所堅持自主創新，經過十年科技攻關成功研制了ADS超導直線加速器樣機（設計能量20兆電子伏特），并在國際上首次實現了10毫安連續波質子束加速和百千瓦、百小時穩定運行，最高束流功率達205千瓦，可用性好于93%。這一工作將連續波束流強度較原有世界最好指標提高近5倍，確立了我國在該領域的領先優勢，也標志著我國科學家推動國際強流質子超導直線加速器實質性進入10毫安連續波穩定運行時代。這是自上世紀八十年代ADS概念提出以來，“粒子束大炮”流強首次達到可工業化應用的指標，將推動ADS概念從夢想走進現實。

ADS超導直線加速器樣機

完成單位：中國科學院東北地理與農業生態研究所、沈陽應用生態研究所等

以“梨樹模式”為代表的保護性耕作技術的核心是秸稈覆蓋少免耕，它可有效減少風蝕水蝕，增強土壤抗旱保水性，防治土壤退化，逐步培肥土壤。中國科學院相關研究所作為保護性耕作梨樹模式的發起及核心研發團隊，聯合相關研究與推廣單位，歷經15年先后總結研發了保護性耕作四大主體技術體系，即秸稈覆蓋免耕技術、秸稈覆蓋寬窄行免耕技術、秸稈覆蓋壟作少耕技術、秸稈覆蓋條耕技術；研制出高性能免耕播種機、秸稈覆蓋條耕機等配套機具；為東北地區保護性耕作技術示范推廣提供了適宜的技術模式及配套機具。

通過產學研政用多維度一體化示范推廣，2020年東北保護性耕作推廣面積達到7100萬畝，有效降低了示范區土壤侵蝕和退化。研發的免耕播種機不僅能夠實施秸稈覆蓋下的免耕播種，而且在播種施肥精度、出苗率及苗整齊度上也有質的提升，出苗率平均提高5個百分點，畝增產5%以上。據不完全統計，目前東北地區免耕播種機市場保有量8萬臺，年完成播種面積7500萬畝以上。

免耕播種機在作業中

完成單位：中國科學院過程工程研究所、中國科學技術大學科大訊飛股份有限公司、贛江創新研究院、西北生態環境資源研究院、空天信息創新研究院等

中國科學院多家單位利用自身優勢和相關科技成果，助力北京打造綠色冬奧、科技冬奧。

中科院過程工程研究所等使用長壽命、高儲熱密度一致熔融型水合鹽相變材料，在冬奧會張家口賽區山地轉播中心建成小體積、模塊化相變儲熱-谷電清潔供暖示范工程，為在極寒、山地條件下綠色、高效供暖提供技術支撐；

科大訊飛股份有限公司等通過技術創新，攻克大量小語種面臨的專家知識匱乏和資源稀缺難題，把中文語音語言技術拓展到60個語種，將助力冬奧會跨語言溝通和多語種信息發布；

贛江創新研究院等開發出高儲氫密度和放氫速率的合金儲氫材料，將延長手持氫氣火炬續航時間，助力冬奧會火炬傳遞；

西北生態環境資源研究院在滑雪場造雪、儲雪、雪質保障和賽道維護等方面，為冬奧會雪上項目提供技術支撐和服務保障；

空天信息創新研究院在自由式滑雪空中技巧、跳臺滑雪、冬季兩項等外場雪上競技體育項目上，攻克了精準、實時、可視化氣象保障技術，為國家隊訓練和比賽提供全方位氣象保障支撐和輔助決策支持。

科大訊飛雙屏翻譯機

谷電-相變儲熱清潔供暖系統

完成單位：中國科學技術大學

精確測定分子的化學結構、識別其化學物種一直是表面科學的核心問題。中國科學技術大學單分子科學團隊侯建國、王兵、譚世倞等科研人員在前期工作基礎上，采用融合STM、AFM、TERS等掃描探針技術策略，發展了STM-AFM-TERS聯用技術，突破了單一顯微成像技術的探測局限；利用這一高分辨的綜合表征技術，以并五苯分子及其衍生物作為模型體系，結合電、力、光等不同相互作用，實現了對電子態、化學鍵結構和振動態、化學反應等多維度內稟參量的精密測量。研究團隊通過集成高靈敏度的單光子計數器，將拉曼光譜的實空間成像速度提高了2個數量級，成功實現了并五苯分子化學反應前后的動態跟蹤與測量。結合理論計算，揭示了分子化學反應過程的機理，驗證了實驗觀測結果。

這一融合多維度表征技術策略有望為表面催化、表面合成和二維材料中的化學結構與物種識別以及構效關系的構建提供可行的解決方案，在表面化學、多相催化等研究領域具有重要科學價值。相關成果發表在《科學》雜志上，審稿人評價該技術“將具有跨領域的影響力”。

基于掃描探針的單分子多參量測量示意圖

完成單位：中國科學院地質與地球物理研究所、國家天文臺

2020年12月，嫦娥五號帶回1731克月球樣品，這是我國首次完成地外天體樣品采集，也是人類44年來再次獲得新的月球樣品，為月球相關科學問題的解決提供了機會。

2021年，中國科學院地質與地球物理研究所、國家天文臺等對嫦娥五號月球樣品玄武巖進行了精確的年代學、巖石地球化學及巖漿水含量研究并取得突破性進展。研究證明，月球最“年輕”玄武巖年齡為20億年，為撞擊坑統計定年曲線提供了關鍵錨點；月球晚期巖漿活動的源區并不富集放射性元素，并且月幔源區幾乎沒有水。這一系列由我國科學家主導獨立完成的研究成果得到國際專家的高度評價，包括“提供了迄今為止月球上確定的最年輕的玄武巖的證據”“改變了我們對月球的熱歷史和巖漿歷史的認識”“對我們認識月球起源和演化具有重要意義”。這些發現也對未來的月球探測和研究提出了新的方向。相關成果發表在《國家科學評論》和《自然》雜志上。

嫦娥五號月海玄武巖巖屑電子背散射照片

超導量子比特與光量子比特是國際公認的有望實現可擴展量子計算的物理體系。量子計算機對特定問題的求解超越超級計算機即量子計算優越性，是量子計算發展的第一個里程碑。

中國科學院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉等組成的科研團隊，與中科院上海技術物理研究所合作，在超導量子和光量子兩種系統的量子計算方面取得重要進展，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到“量子計算優越性”里程碑的國家。

經過研究攻關，超導量子計算研究團隊構建了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解，比目前最快的超級計算機快一千萬倍，計算復雜度比谷歌的超導量子計算原型機“懸鈴木”高一百萬倍，使得我國首次在超導體系達到了“量子計算優越性”里程碑。

同時，光量子計算研究團隊構建了113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，處理特定問題的速度比超級計算機快億億億倍，并增強了光量子計算原型機的編程計算能力。

九章二號144模式干涉儀實驗

“祖沖之二號”量子處理器