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中国五年来重大科技成就巡礼

2020-11-23

时代邮刊·上半月 2020年11期
关键词:脉冲星北斗量子

1.“墨子号”实现星地量子通信

2016年8月,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射。“墨子号”的作用,是在太空中分发纠缠光子给地面站,就好像扔出一个旋转的硬币,掉进地面上的存钱罐的扁口里,难度极大。纠缠的光子蕴含着密码,而且这种密码一旦被拦截窃听,就会被发射者看见。我国欲通过量子卫星来建立天地一体的量子绝对保密通信网。这是欧洲科学家推动多年却未见成效的事,现在被我国抢先了。

2017年7月,中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟团队公布打破量子隐形传输的纪录。世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信。这标志着我国在量子通信领域的研究达到全面领先的优势地位。

2019年6月15日,潘建伟团队联合中科院上海技术物理研究所王建宇研究团队、微小卫星创新研究院等相关团队,利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级,并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子通信,取得了量子保密通信现实应用的重大突破。

2.大火箭“长征五号”首飞成功

2016年11月3日,中国首枚大型运载火箭“长征五号”在海南文昌升空,标志着中国运载火箭升级换代,运载能力进入国际先进行列,开始由航天大国迈向航天强国。

2017年7月2日,“长征五号”遥二发射任务失利。经过两年多的努力,“长征五号”遥三火箭于2019年12月27日点火升空,“长征五号”成功将实践二十号卫星送入轨道,宣告复出成功。“长征五号”是中国现役起飞质量最大、芯级直径最粗、运载能力最强的运载火箭。它身高57米,箭体直径达到5米,起飞重量达870吨。它的近地轨道最大有效载荷25吨,相当于一次将16辆小汽车送入太空。探月三期、火星探测、载人空间站……未来,众多航天工程的实施都指望它。

3.FAST发现多颗脉冲星

2016年9月25日,被誉为“中国天眼”的我国500米口径球面射电望远镜(FAST)在贵州省黔南州平塘县大窝凼竣工落成。在经历了22年从构想、预研、开工建设到反复调试的过程后,终于启用,迈向试运行阶段。

搜寻和发现射电脉冲星是FAST的核心科学目标。宇宙中有大量脉冲星,但由于其信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST是发现脉冲星的理想设备。

脉冲星由恒星演化和超新星爆发产生,因发射周期性脉冲信号而得名。脉冲星的自转周期极其稳定,准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。不仅如此,脉冲星还是理想的天体物理实验室,对它进行研究,有望得到许多重大物理学问题的答案。比如,通过对快速旋转的射电脉冲星进行长期监测,选取一定数量的脉冲星组成计时阵列,就可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波。

2017年10月FAST首先发现2颗新脉冲星,距离地球分别约4100光年和1.6万光年,这是中国射电望远镜首次发现脉冲星,已得到国际其他射电望远镜的确认。贵州省平塘县的FAST望远镜共发现9颗脉冲星。

4.国产大型客机C919首飞

2017年5月5日,我国首款国际主流水准的国产大型客机C919完成首飞。该飞机自2008年开始研制,历经10年终于破茧化蝶,实现了国产客机领域的突破。

C919拥有完全自主知识产权,是建设创新型国家的标志性工程,凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才,针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,研制人员共规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。

2017年12月17日,第二架C919大型客机在上海浦东国际机场完成首次飞行,这意味着C919大型客机逐步拉开全面试验试飞的新征程。

5.“超级显微镜”中国散裂中子源建成

“十三五”时期,中国散裂中子源建成,填补了国内脉冲中子应用领域的空白,使得我国成为全世界第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家。

2018年8月23日,中国散裂中子源项目通过国家验收,正式投入运行。它就像“超級显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针,方便我们观察世间万物。

一开始,人们用核反应堆生产中子,但核反应速度不能太快。散裂中子源应运而生。它用电磁场加速质子,像炮弹一样狠狠砸向钨、汞等重金属原子核。巨大的原子核就“散裂”出一些自由的中子。散裂中子源还可以观察高铁轮子是否质量过关——它能透视零件内部的应力是否释放。中子源还能实时观察飞机发动机怎样疲劳受损的,以便改进设计。散裂中子源对中国探索前沿科学问题、攻克核心技术、解决“卡脖子”问题有重要意义。

中国散裂中子源在加速器、靶站、谱仪方面取得了一系列重大技术成果,显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业的技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。

6.港珠澳大桥开通创多项纪录

2018年10月23日,港珠澳大桥开通。这是建筑史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海大桥。它创造了一连串世界纪录:全长55公里,世界最长跨海大桥;15公里的全钢结构钢箱梁,世界最长钢铁大桥;钢材用量相当于60座埃菲尔铁塔;海底沉管隧道全长6.7公里,世界最长海底隧道;沉管隧道每节长180米,重约8万吨,是世界最大沉管隧道。隧道最深处在海平面以下48米,也是世界纪录……

跨越伶仃洋的港珠澳大桥,东接香港,西接珠海和澳门,集桥、岛、隧于一体,从设计到建设前后历时14年,攻克一系列难题。比如大桥设计东西两个人工岛,用海底沉管隧道连接。隧道由33个巨型沉管组成,沉管在海平面以下13米至48米无人对接,误差控制在2厘米内,精准程度史无前例。港珠澳大桥的设计寿命长达120年,打破了国内大桥的“百年寿命惯例”。钢管桩确保在海泥中120年不损坏,这是一个工程奇迹。港珠澳大桥还能抗8级地震,16级台风。

7.嫦娥四号实现人类首次月背软着陆

2018年12月8日,嫦娥四號探测器搭乘长征三号乙运载火箭顺利上天。110小时后,到达月球附近的嫦娥四号,接到航天飞行控制中心的指令,在距月面129公里处成功实施7500牛发动机点火。约5分钟后,发动机正常关机。根据实时遥测数据,嫦娥四号探测器顺利进入近月点约100公里的环月轨道,近月制动成功。

所谓近月制动,就是让航天器减速,使其被月球引力捕获。精准“刹车”是嫦娥四号任务的一大难关。月球逃逸速度约为每秒2.38公里,如航天器比这个速度快,就会与月球失之交臂。嫦娥四号由着陆器和月球车组成。它将前往月球永远背对地球的那一面。此前还从来没有航天器在那里软着陆过。

2019年1月3日,嫦娥四号月球探测器完成了人类航天史上的一项壮举,成功软着陆在月球背面的南极——艾特肯盆地冯卡门撞击坑,并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。嫦娥四号将我国航天器制导、导航与控制技术提升到了新的高度。

8.首艘国产航母“山东号”服役

2019年12月17日,中国第一艘国产航空母舰“山东号”在海南军港交付海军。“山东号”是中国自主设计、研发、建造的一艘航空母舰,比起“辽宁号”有不少改进,型号为002型,是中国真正意义上的第一艘国产航空母舰。

山东号可搭载36架歼-15舰载机。另外“山东号”的内部舱室、机库、电子系统、弹药升降机、舰载武器等均优化了设计,提升了战力。

9.北斗导航全球组网

2020年6月23日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第55颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。

自2017年11月,启动全球组网建设以来,北斗导航工程进入了建设的“快车道”。尤其是2018年,长征三号甲系列火箭10次发射,成功将18颗北斗导航卫星成功送入轨道。值得一提的是,在2018年7月10日至2018年11月19日的133天中,长征三号甲系列火箭7次发射,成功将12颗北斗导航卫星送入轨道,平均一次火箭发射仅间隔19天,创造了北斗组网高密度发射纪录。

北斗三号系统完成组网,圆梦全球,“中国的北斗”真正成为“世界的北斗”,为全球用户提供高精度服务。此外,在亚太地区,通过使用三种轨道卫星,用户能同时享用到中、高轨道导航卫星服务,卫星仰角高,抗遮挡能力强,在多层立交城市峡谷、树木遮蔽的环境,用户仍可获得连续导航服务,提升了卫星服务的精度、连续性、可用性。在亚太低纬度地区,北斗导航精度不亚于美国GPS,在全球范围也是处于领先地位。

10.大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600海上首飞成功

2020年7月26日,我国自主研制的大型灭火/水上救援水陆两栖飞机“鲲龙”AG600在山东青岛附近海域成功实现海上首飞,为下一步飞机进行海上试飞科目训练及验证飞机相关性能奠定了基础。

作为目前世界上在研最大的水陆两栖飞机“鲲龙”AG600,其最大特点是既能在陆地上起降,又能在水面上起降。既是为满足森林灭火和水上救援的迫切需要,首次研制的大型特种用途民用飞机,也是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。目前,“鲲龙”AG600飞机已完成360个小时的科研试飞,积累和获取了大量飞行试验数据,结合地面试验验证,研制团队对水陆两栖飞机气、水动融合等关键设计理论、设计方法、验证方法进行了修正完善,进一步突破了水陆两栖飞机设计关键技术。

“鲲龙”AG600项目于2009年9月5日正式启动。2017年12月24日,在广东珠海金湾机场成功实现陆上首飞;2018年10月20日,在湖北荆门漳河机场完成水上首飞。为验证“鲲龙”AG600飞机的海上特性,在成功完成水上首飞后,2019年全面开展了科研试飞及试飞员培训等一系列工作。

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