重大科技基础设施引领支撑创新型国家发展

2019年5月7日05:44:43重大科技基础设施引领支撑创新型国家发展已关闭评论 43 views

作者:乔黎黎,中国科协创新战略研究院

刊期:《宏观经济研究》2018年第11期

重大科技基础设施是国家创新体系中最核心的基础力量。美国国家创新战略号召建设21世纪的创新基础设施,欧盟研究认为研究基础设施是国内和国际合作研究和科学网络的核心。十八大以来,中国将加快国家重大科技基础设施建设作为提升创新基础能力、建设科技强国和创新型国家的重要方面。习近平总书记在十九大报告中强调建设国家创新体系,瞄准世界科技前沿,强化战略科技力量,实现前瞻性基础研究和引领性原创成果重大突破。新时代重大科技基础设施对国家创新体系的重要性提升到空前高度。

重大科技基础设施是创新型国家的基石

重大科技基础设施(以下简称大设施)是为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统。从历史发展上看,大设施产生于二战期间美国“曼哈顿计划”,中国大设施起源于“两弹一星”,显示了科学技术与国家利益的密切结合。大设施区别于一般科技条件的显著特征是投资规模大、人员多、影响力大。欧洲核子研究组织常年有来自80个国家500余所大学或机构的大约6500位科学家和工程师工作,占世界粒子物理学圈子的一半。20世纪中叶以来,几乎所有关于物质结构研究的重大成果都是依托大设施进行实验、分析而获得的。

中国大设施快速体系化发展,为创新型国家夯实基础支撑能力

建设创新型国家的关键是提升核心科学技术带来的原始创新能力,世界级的大设施将产生世界级的科学已成为创新型国家的共识。大设施在应对极大、极小、极复杂科学问题上表现出强有力而不可或缺的支撑力,为把握先进技术创新的先机和赢得竞争优势积累了原始创新条件。党的十八大以来,国务院发布了九部委组织、全国150多位专家参与制定的《国家重大科技基础设施中长期规划(2012—2030年)》,首次形成了指导设施发展的国家路线图。“十二五”和“十三五”时期,布局了26个基础设施,建设项目数接近此前建设总数,投资额预计是此前投资总额的4倍以上,目前在建和运行大设施数量接近50个。学科覆盖范围从粒子物理与核物理、天文学等传统大科学领域,向地球系统与环境科学、生命科学等新兴领域拓展,并形成了服务于学科前沿研究、国家经济社会重大需求的健全功能体系。上海张江的同步辐射光源设施每年支持4000余名科研人员开展1000余项课题研究。

大设施在重点领域突破颠覆性技术,为经济社会高质量发展提供战略保障

近期爆发的贸易战实质是技术战,战略技术的把控对国家影响至关重要,技术领先使一个国家具有绝对优势而不是比较优势。国际上对大设施特征定位是,“瞄准一类重要的科学需求或特殊的公共需求,国家从战略角度不能或者不希望依赖其他国家的设施”。日本高能物理装置不但支撑本国科学家获得诺贝尔奖,其国家核科技战略实力很大程度上掩藏在若干国际领先的大设施中。人类基因组计划推动了美国在重大新药和医疗器械领域的创新。中国超导托卡马克、神光装置持续升级突破,为应对能源危机和能源革命、赢得国际话语权储备了战略技术力量。探索科学前沿的实验对设计制造大设施提出极端需求,促进了超导、真空、精密制造、数据计算传输等技术发展。目前中国运行的大型综合科学考察船、大陆探测装置、遥感飞机、超级计算机等,在建的海底观测网、地球模拟装置等,为国家重大科技任务提供支撑,在应对灾害挑战、形成战略数据档案库、应急保障等方面发挥着不可替代的作用。长短波授时系统为国家星箭发射、战略武器试验提供准确可靠时间频率信号,保证了300多次国家重大任务的顺利完成。

大设施集群化发展促进提升区域创新能力,助力构建国家创新生态系统

由于大设施在国家创新系统的核心属性和对高水平创新资源的集聚作用,被公认为是产生最具价值的新知识的重要载体,是国家创新系统中最持久的“国家”属性要素。比如,拥有多个平台型用户装置的美国劳伦斯伯克利国家实验室,员工3395人,却吸引了全世界多学科、多行业的用户9330人。欧洲科技基础设施每年能够支持约150万欧洲研究人员的研究,支撑培养新一代的博士、推动形成技术创新副产品,带来后续的世界级研发,并保持持续的经济竞争力。近年来,创新型国家的空间布局正发生显著转变,以集聚高水平创新资源的“锚机构”为核心的创新区不断涌现,依托大设施集聚科技创新资源部署综合研究基地成为创新型国家的创新政策导向。中国依托现有先进设施集群建设北京怀柔、上海张江、安徽合肥等3个综合性国家科学中心,充分发挥优势区域创新投入的积极性和综合示范效应。上海张江的同步辐射光源设施与医药、材料产业集群良性互动,已形成科学和产业双轮驱动发展的态势。

建设完善大设施体系是中国迈向科技强国的必经之路,推进中国科技从并跑向领跑转变

新时代,中国大设施发展呈现出了高速化、集聚化、体系化,对科技强国的前沿引领和战略支撑作用愈发凸显。在近代科技史上具有世界科学中心标度意义的大型天文望远镜领域,中国建设了被誉为“中国天眼”的世界最大单口径(500米)、最灵敏的射电望远镜FAST,将在未来20年保持世界领先地位。东方超环EAST成为世界首个全超导托卡马克装置,是未来世界上最有能力实现400秒长脉冲高性能放电的核聚变装置。科研人员利用设施取得了发现四夸克物质、新的中微子振荡模式、外尓半金属、重大流行病跨种传播机制等全球首创重大成果,多次被《科学》等国际顶尖期刊评为世界年度科学突破。大亚湾中微子实验树立了中国牵头国际大科学工程的典范,散裂中子源国产化率达到90%,带动中国安泰、东方钽业等大批高技术企业登上为世界顶级物理实验室配套的舞台。从世界科技史发展来看,成为科技强国正是要在坚实的经济基础支撑下提供稳定科技支持,凝聚处于最佳年龄段的杰出科学家群体,抓住重大机遇、取得重大科技突破、获得非均衡发展。纵观发达国家大设施投入策略,小国可以更多采取国际化路线,但大国尤其是崛起中的大国则需在夯实自身基础上坚实推进国际合作,才能支撑中国从面向世界科技前沿转向面向和引领世界科技前沿。

重大科技基础设施发展中存在的问题

总体来说,中国大设施体系建设进展良好,影响力持续提升,然而也应看到,中国大设施的发展现状与世界领先水平和服务于国家科技经济社会发展的需求相比还有较大差距,既包括原创性不足、科学竞争力较弱等发展阶段性问题,也包括配套设施和持续发展能力不足、技术储备和科技队伍不稳定等管理问题。

大设施全寿命期项目管理有待优化

大设施管理存在国际上公认的管理困境,成本与风险偏高,通常难以按时按既定预算完成,对学科内部和学科间投入资源分配的影响较大。以美国为例,1980年至1996年间,美国能源部批建了80个设施项目,其中有31个因预算严重超支而终止,在建的34个中有27个平均超支70%,几乎所有项目都逾期。目前中国参照基建项目管理在一定程度上难以兼顾科技发展的不确定性,全寿命期宏观管理政策框架有待按照科技发展要求进一步完善,大设施预研、建设、调整、配套升级、研究等需要更加连贯、前瞻、可操作的政策支持。例如,由于光源、中子源等平台型大设施生命周期长、投资巨大,为了确保满足最前沿的科学需求,国际惯例是在全寿命周期中分批次规划建设用户终端,但中国目前续建用户终端需要二次立项,导致新线站、谱仪启动建设相对迟缓,新建成平台型大设施存在“大马拉小车”的现象,一定程度上影响了作用发挥。

大设施存在人才激励不足

从国际上看,大设施项目存在容易忽略个人贡献、难以对青年科学家提供足够的激励等问题。中国大设施由于国拨经费中不能列支人员费和激励在编人员,而地方、部门、单位经费又存在配套滞后、预期不稳定等因素,仅依靠事业单位的平均薪酬水平也难以吸引、保留、激励与设施水平对应的科技人才。同时,中国科技人才评价体系缺乏对设施高水平、尤其是青年科技人才的认可。工程技术人员对大设施至关重要,但目前存在学历偏低、收入和认可度低、晋升困难、流动性高,限制了隐形技术经验的积累和利用。部分设施依靠承担科研项目来“养活”工程技术团队,利用成果产业化等“副业经营”支撑“主业运行”,这些都影响了团队的创新动力和可持续发展,在一定程度上影响了设施科学效应的发挥。

中国大设施的科学原创性和设备国产化待加强

受到总体科技发展阶段和水平的影响,现阶段中国大设施的原创性还并不高,一些领域或重要方向的设施布局仍为空白,将影响相关科学研究的发展。大设施的自研自制能力和国产化率有待提升。生命科学领域的调查显示,中国分析仪器国产化率仅为7.4%。大量投入经费购买国外的仪器,缺少创造性新方法、自主开发新型的高质量仪器,将难以支撑原创性成果并形成对国外仪器的依赖,面临仪器更新换代等对科研影响的风险。

大设施转化和区域带动能力待提升

从大设施发展史来看,由于研制本身难度过大,对促进技术产业发展仅仅是科学家在争取投资时的“附带承诺”,从管理政策上长期缺少对科学转换为技术、进而推动经济增长的价值导向和资源投入。事实上,许多巨大技术萌芽是在解决科学目标过程中“无心插柳”式的发现,如何将这些偶然科学发现转化为颠覆性技术甚至是产业,需要价值引导和政策支持。由于科学界和国家政府的主导性和话语权强,产业和区域诉求相对弱势,因此大设施在完成国家层面的任务之外,为促进所在地的产业创新发展作出贡献的能力发挥不足。

促进重大科技基础设施持续发展的建议

习近平总书记指出,科技兴则民族兴,科技强则国家强。进一步加强大设施建设,有利于中国在新一轮科技革命和产业革命中抢占先机、有所作为。面对中国创新型国家发展中的问题和系列挑战,要坚定不移地加快发展,大力提升国家大设施的体系化和支撑能力,有力推动新兴领域设施科学、有效发展,最大限度地提高设施建设运行的效率和效益,为创新型国家建设和高质量发展提供源源不断的科技动力。

加强统筹衔接和战略规划

落实习近平总书记在2018年院士大会的讲话精神,推动大科学计划、大科学工程、大科学中心、国家科技创新基地的统筹布局和优化。坚持硬件建设与软实力打造相结合,实现以大设施为基础、国家重大科技专项为引领、国家实验室为支撑的三位一体功能结构。优化大设施全寿命周期管理框架,推进研究、教育、创新等功能协同,促进预研、建设、运行、升级管理与研究管理有机衔接。借鉴国际大设施管理经验,规划布局时预留优化调整升级空间、在管理程序上为平台型大设施用户终端建设开辟“绿色通道”。统筹分布式设施、数字化基础设施的整合运行能力。加强大设施分类综合绩效考核,采取运行和升级资源分配与考核评价相挂钩等。鼓励采取国际化方式优化基础科学领域超大型设施的资助方式和使用方式,以更大力度、更高水平吸引全世界创新人才。

发挥对创新要素和主体的吸引服务

正如贝尔纳所指出的,科学方面的技术问题无论解决得多好,科学繁荣的基本内在条件是人。目前,进出中国的科技人才的流量从10年前的“出七回一”发展到当前的“出七回六”,但中国部分吸引科技人才归国政策引起了国外的制约,而利用大设施吸引国际高端科技人才符合国际科学规则,应当适当合理利用和政策引导。建议建立专门的大设施人才过程评议激励机制,加强现有人才计划向项目建设运行团队倾斜,对超过一定金额的设施子项目负责人视同国家重点研发计划负责人,积极发挥设施研究对中青年人才成长的促进作用。充分发挥中国高等工程教育规模居世界第一位的优势,利用大设施建设培养具有国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才队伍。

强化原创科学思路和技术设备国产化

面对新一代科技革命,在大设施规划融入科学技术预见方法,积极部署交叉前沿方向,大力推进新技术、新方法在设施建设运行中的应用。重视依托已建成的大设施开展原创性重大科学问题研究。加强科技成果转化政策在设施领域的应用,要求大设施运营机构设立技术转移转化办公室,促进重大科技成果产出,同时积极推动面向国家战略需求和国民经济主战场的重大应用成果产出。利用政府采购促进仪器研制企业推进大型部件级装置研制国产化,尤其是生命科学领域的仪器设备。

强调绩效管理和设施经济社会效应

大设施的重要性、长期性和复杂性都要求建立符合大设施特点、符合中国国情和发展阶段、与国际接轨的事前、事中、事后综合评价制度,来促进提升建设运行管理绩效。大设施评价应重视发展可持续性,厘清阶段性目标,着力满足利益相关者需求。应合理判断评价结果,及时作出适当决策推动设施作用的发挥。在新形势下,应加强技术和管理方面的战略研究,关注如何将大设施的核心前沿基础研究支撑力,转化为面向国民经济“卡脖子”和引领创新发展领域的原始创新能力,充分发挥支撑知识经济和创新驱动发展战略的巨大潜力。

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