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極簡科學課 | 見證中國科技力量

來源:中央紀委國家監委網站 發布時間:2021-01-01 00:04

中央紀委國家監委網站 于露 趙宇航

  從浩瀚無垠的太空到萬米深邃的海底,從月球、火星到馬里亞納海溝,2020年,科技領域捷報頻傳,彰顯了中國的科技力量。

  天問一號開啟火星探測之旅

  7月23日,我國首次火星探測任務天問一號探測器發射升空,成功送入預定軌道,開啟火星探測之旅,邁出了我國自主開展行星探測的第一步。

  在天問一號之前,全球共有7個國家或地區共計發射了47個火星探測器,成功18次。

  2020年,除了天問一號,飛向火星的還有美國毅力號火星車和阿聯酋希望火星探測器。原定于今年“探火”的歐空局與俄羅斯合作的ExoMars火星漫游車已宣布推遲到2022年發射。

  天問一號由環繞器、著陸器和巡視器組成,重量達到5噸左右。“胖天問”之所以這么重,是因為這次火星探測任務要通過一次發射,完成火星環繞、著陸和巡視探測三項任務,堪稱是一項前無古人的創舉。

  根據計劃,天問一號飛行將超過4億公里,預計2021年2月抵達火星。

  北斗導航系統全面建成

  7月31日,中國向全世界鄭重宣告,中國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統全面建成。

  除了北斗導航系統,世界上還有3套全球衛星導航系統(GNSS)——美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)、歐洲的伽利略(GALILEO),中國是繼美國、俄羅斯之后第3個擁有自主衛星導航系統的國家。

  除了與其他導航系統同樣具有中圓地球軌道衛星外,北斗導航系統還具有地球靜止軌道衛星和傾斜地球同步軌道衛星,這兩類衛星屬于高軌衛星,具有更強的抗遮擋能力。

  雙向報文通信功能,堪稱北斗系統的“獨門絕技”。GPS只可進行單向通信,即接收器只能被動接受衛星發來的信號,不能主動發出信號。北斗用戶利用終端,不僅可以知道自己的位置,還可以通過短報文將自己的情況告訴他人。這個功能在沙漠、遠洋、深山、森林等沒有網絡覆蓋的地區,或者是災害發生、通信受阻時至關重要。

  嫦娥五號月球挖土1731克

  12月17日,嫦娥五號攜帶月球樣品成功返回地球,是40多年后再次有人類航天器重返月球并采回樣品。

  除了中國,全世界只有美國和前蘇聯曾帶回過月球樣品。前蘇聯的月球16號、月球20號和月球24號無人月球探測器執行了3次月球采樣返回任務,帶回的月球土壤樣品僅約330克,而嫦娥五號一趟就帶回1731克月壤。

  嫦娥五號經歷11個飛行階段,20余天的在軌飛行過程,采集月球樣品返回地球,實現了我國首次地外天體采樣與封裝。

  嫦娥五號的取樣地址也很有特色。美國和前蘇聯此前采集的是30億年前的土壤和巖石,而嫦娥五號在月球正面最大的月海風暴洋北部呂姆克山脈附近著陸。

  風暴洋相對較年輕,富集鈾、釷、鉀等放射性元素,該地存在大約13億至20億年前的玄武巖,獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡,將有助于推進對月球火山活動和演化歷史的認識。

  奮斗者號載人深潛10909米

  11月10日,奮斗者號成功坐底世界最深處馬里亞納海溝,坐底深度10909米,創造了我國載人深潛的新紀錄,使我國成為世界上第二個實現萬米載人深潛的國家。

  中國是繼美、法、俄、日之后,世界上第5個掌握大深度載人深潛技術的國家。

  目前擁有6000米以上深度載人潛水器的國家,包括中、美、日、法、俄5國。除中國外,其他4國的作業型載人潛水器最大工作深度是日本深潛器的6527米記錄。

  1960年,美國曾用的里雅斯特潛水艙載人深潛馬里亞納海溝深入到10000余米的深度,但該潛水艙不能在水下進行操作和科學研究,而且在到達預定深度后就果斷上浮了。

  奮斗者號是當前全球同類型載人潛水器中載員人數最多、海底作業時間最長、作業能力最強的裝備,突破了全海深電池材料、電池單體等關鍵技術。百千瓦時級的全海深承壓鋰電池組大幅提高潛水器水下作業時間,每次可超10小時。

  “九章”量子計算機問世

  12月4日,《科學》雜志公布中國“九章”計算機重大突破,讓世界矚目。

  量子計算原型機“九章”,在室溫條件下運行計算“高斯玻色取樣”問題,處理5000萬個樣本只需200秒,而超級計算機則需要6億年;處理100億個樣本,“九章”只需10小時,超級計算機則需要1200億年。

  這臺76個光子的量子計算原型機“九章”,推動全球量子計算的前沿研究達到一個新高度,在2019年谷歌“懸鈴木”計算機之后,再次成功實現“量子計算優越性”的里程碑式突破。

  “九章”的優勢令人無法忽略。“懸鈴木”完成100萬次隨機線路取樣任務只需200秒,而“九章”比“懸鈴木”快100億倍。

  由于采用超導體系,“懸鈴木”必須全程在零下273.12攝氏度(30mK)的超低溫環境下運行,而“九章”除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環境外,其他部分可以在室溫下運行。高品質光子源、高精度鎖相、規模化干涉……一項項創新與突破,讓“九章”后來居上。

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