焦点访谈丨探索未知世界、引领技术变革 感受国之重器

重大科技基础设施,是由国家统筹布局、依托高水平创新主体建设的大型复杂科学研究装置或系统。位于贵州山区的中国天眼,就是我国最广为人知的重大科技基础设施之一。其实,像这样的重大科技基础设施,我国在建和运行的有几十个。不同于一般的实验室或研究平台,它们体量大、投资大、能力强、技术复杂先进、具有明确的科学目标,是国之重器、科技利器,也是国家科技实力、经济实力的重要标志。这些设施推动了基础研究和应用研究的科技进步,成为了解决重大战略科技问题的主平台,破解了多个卡脖子的科技难题。

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7月2日下午3点,台风 暹芭 在广东电白沿海登陆。与此同时,在几千公里外的北京,中国科学院大气物理研究所的科研人员们也在密切关注着台风 暹芭 。

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中国科学院大气物理研究所研究员、地球系统数值模拟装置分系统负责人 冉令坤:深色的螺旋云带扫过海南地区,然后直接是在广东的西部登陆,进入广西地区,螺旋云带会影响到广西的北部。

科研人员们对台风的整体运动路径作出了分析,这也是我们常见的气象预测。不过,这里的科研人员能做的可远不止这些。他们还可以把台风过境带来的影响作很精准的预测。有多精准呢?以台风带来的降水为例,科研人员们将台风途经的区域划分成了许多个小正方形,每个正方形边长只有400米。也就是说,每一个边长为400米的正方形范围内,降水量是多少都能精准预测,然后在图上标注出来。

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在台风途经的几十万平方公里内,能以400米这样的精度来预测,听起来很不可思议。这背后作支撑的是一台大型而复杂的科学研究装置,叫作 地球系统数值模拟装置 。这个 地球系统数值模拟装置 目前在世界上只有为数不多的几台,它能为研究灾害性天气、防灾减灾发挥重要作用。而它就属于我们要介绍的 重大科技基础设施 中的一种。

什么是重大科技基础设施?

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重大科技基础设施是一系列国家发展所必需的大型复杂的科学研究装置或系统的统称。其中,有些是复杂而高端的软件系统,更多的是精密的大型研究装置,它们都属于重大科技基础设施。而它们共同的作用是为探索未知世界、发现自然规律、引领技术变革提供重要的基础支撑。

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比如,被誉为 中国天眼 的500米口径球面射电望远镜,它可以用来探索宇宙的起源和演化。 综合极端条件实验装置 能够提供一系列极端实验条件,比如极低温、超高压、强磁场、超快光场等,为我们开展物质科学研究创造条件。 全超导托卡马克装置 是通过核聚变反应,来探索未来理想的清洁能源之路。这些重大科技基础设施都称得上是国之重器。

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国家发展改革委创新和高技术发展司创新能力处副处长 高贺:重大科技基础设施兴起于第二次世界大战期间,(为了)支撑构建和保持科技竞争优势,美国、德国、法国等科技强国开始建造重大科技基础设施。从那时起,科学研究从小范围协作向系统集成大规模研究转变,我国作为设施建设新兴力量,已经布局77个大设施,其中32个已投入运行。

为什么需要重大科技基础设施?

首先,重大科技基础设施可以让前沿的科学理论转化成现实的科技成果,解决事关国家安全和社会发展全局的重大问题。

国家发展改革委创新和高技术发展司创新能力处副处长 高贺:重大科技基础设施开展高水平前沿研究和关键核心技术攻关,对解决卡脖子问题、研发共性技术、研制战略性产品发挥了重要作用。大家耳熟能详的C919大飞机、载人航天器、高速列车、重型运载火箭,这些战略性产品成功研制的背后,我们的重大科技基础设施都发挥了不可或缺的关键作用。

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另外,重大科技基础设施还可以帮助我们解决经济社会发展中遇到的许多具体难题。比如在节目开头提到的 地球系统数值模拟装置 ,除了能做天气预测,还可以为我们处理节能减排这一重大全球问题提供数据支撑。

应对气候变化、减少人类活动对地球环境的影响是世界各国当前所面临的共同问题,也是最为复杂的多边外交谈判议题之一。一些发达国家因为有专门的地球系统数值模拟装置,所以在此类外交谈判中占据主导地位。现在,我们也有了同类型的重大科技基础设施,就能扭转这个局面。

为什么重大科技基础设施被列入新基建?

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上到浩渺宇宙,下到微观粒子,随着人类探索未知世界的脚步不断向前,我们需要更先进的重大科技基础设施来突破认知极限,进行科技创新。可要建设这样复杂的国之重器并不容易,它需要强大的综合国力作支撑。

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国家发展改革委创新和高技术发展司创新能力处副处长 高贺:重大科技基础设施与一般科研装置不同,具有科学和工程的双重属性,可以说是技术复杂、投资巨大、运行成本高、建设周期长,需要攻克一系列关键技术,破解一大批建设难题。在设施布局中,我们根据发展阶段需要,优先选择科研和工程技术力量相对完备、产业发展急迫、国家战略急需的领域,集中优势力量和各方资源,集中加快建设。

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在目前我国已建成的重大科技基础设施中,广东东莞的中国 散裂中子源 是单项投资规模最大的。从立项到建成,经过了14年。为了保障它的建设和运行,南方电网配建了可靠性高的专用变电站,地方政府还专门修建了一条能将散裂中子源和高速公路连接在一起的路。虽然投入巨大,但这是国家着眼于整个大湾区高质量发展的长远布局。

重大科技基础设施会带来什么?

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中国散裂中子源 是重大科技基础设施中的一种,科研人员们正在用它其中的一台设备 大气中子辐照谱仪,给一家企业的芯片做体检。通过这个体检,可以检验空气中的大气中子对芯片的影响。虽然我们感觉不到大气中子的存在,但它却会影响电子设备的工作。

这台大气中子辐照谱仪能提供比自然环境高千万倍的大气中子强度,使得检测非常高效。随着我国高新技术产业的发展,这种大气中子辐照测试越来越重要。大到飞机的发动机、高铁的控制器件,小到手机芯片和显示屏,都会用得到。

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中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任 梁天骄:随着电子设备的集成度越来越高,总的故障率那就相比以前提高了,非常多的产品都要评估大气中子辐照方面的这些效应,知道器件的故障率,在系统设计中采取一些手段来降低整个系统故障率。

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虽然这个 大气中子辐照谱仪 刚通过验收,但已经吸引了不少高科技企业将产品送来测试,这也给这些企业的发展带来了强劲动力。而这只是我国已建成的32个重大科技基础设施的缩影,重大科技基础设施的建设,会为我国更多高新技术的突破和应用提供强大动力。

国家发展改革委创新和高技术发展司创新能力处副处长 高贺:近年来,我国重大科技基础设施对经济社会发展的引领带动效应日益显著,一方面带动了精密制造、大型超导、超高真空等高技术发展;另一方面,企业利用重大科技基础设施开发出大量新技术、新产品,比如上海光源突破了高性能碳纤维制备技术,企业依托这项技术研制出的产品综合性能全球领先。

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除了带动科技生产力的发展,建设重大科技基础设施对培养和汇聚人才也有着重要意义。以 地球系统数值模拟装置 为例,要建设这样一个重大科技基础设施,就要整合生物、气象、地理、计算机等多领域的人才协同创新。作为 十二五 国家重大科技基础设施,国家在各方面对它给予了大力支持,因此也吸引了国内外许多优秀科研人才加入进来。

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重大科技基础设施成了培养和吸纳优秀科技人才的蓄水池。从以前的人才缺乏到如今广纳人才,从技术的跟跑到并跑,从学习到创新,中国走出了重大科技基础设施自主创新的发展之路。

工欲善其事,必先利其器。随着科学研究的发展不断向广度拓展、向深度进军,大量创新突破都需要依赖科学仪器来拓展人的感知能力,科学家们必须借助精度更高、功能更强的设施设备来进行研究,很多关键瓶颈问题更是必须依靠大科学装置才能解决。可以说,重大科技基础设施直接关系到我们建设科技强国的核心竞争力。 十四五 期间,我国还将建设多个国家重大科技基础设施,重大科技基础设施在数量和质量上都将有新的跃升,正在加速实现从跟跑、并跑向领跑的转变,为原始创新和关键技术攻关提供更强力的支撑。

制片人丨刘雪松 李作诗

编辑丨马颐盟

摄像丨朱邦录

策划丨崔辛雨 余仁山

责编丨刘小萍 马汝涛

剪辑丨佟永杰 苗佳亮​

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