‘十八大’以来中国科学院创新成果展-科技成果-面向国家重大需求(2017年)

2019年10月26日23:58:42‘十八大’以来中国科学院创新成果展-科技成果-面向国家重大需求(2017年)已关闭评论 106 views

二、面向国家重大需求

前言

深空、深海、深蓝是人类对世界未知领域探索的新方向,其纵深拓展具有重要的战略意义,突破空天技术、海洋技术及信息技术的技术瓶颈及应用障碍,是国家安全领域的根本保障。

“率先行动”计划实施以来,中国科学院发挥建制化优势,围绕深空、深海、深蓝重大战略领域,积极承担国家重大任务,部署实施战略性先导科技专项,取得一批重大成果。

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(一)飞向深空

1.空间科学先导专项——引领中国空间科学创新发展

单位:国家空间科学中心、微小卫星创新研究院、紫金山天文台、中国科学技术大学、高能物理研究所、力学研究所、遥感与数字地球研究所等

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暗物质粒子探测卫星——“悟空”

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“实践十号”返回式科学实验卫星

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量子科学实验卫星——墨子

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硬X射线调制望远镜卫星

率先建立了我国第一个可持续发展的空间科学系列卫星计划,在黑洞、暗物质、引力波、太阳活动等对地球的影响等具有重大科学发现潜力的前沿领域,自主研制、运行空间科学卫星,提升人类对宇宙和自然规律的认知能力,实现重大科学发现和突破,发挥空间科学在国家发展中的重要战略作用。有关成果连续两年入选习近平主席新年贺词。

2.载人航天和探月工程——在国家科技重大专项中发挥骨干作用

单位:空间应用工程与技术中心、月球与深空探测总体部、国家天文台、国家空间科学中心、上海天文台等

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变重力科学实验平台

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空间冷原子钟

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月基光学望远镜

中国科学院是载人航天和探月工程的发起者、组织实施者之一,是工程科学目标的提出者,负责载人航天工程空间应用系统和探月工程地面应用系统、有效载荷分系统、VLBI(甚长基线干涉测量技术)测轨分系统的工作,负责为工程其他系统提供核心关键配套产品,组织科学数据和返回样品的应用研究,圆满完成了历次科学实验和探测任务。

利用天宫二号空间实验室在轨开展了微重力基础物理、空间生命科学等14项面向国际前沿的科学应用任务。在天舟一号货运飞船上正在开展微重力对细胞增殖和分化影响研究等4项科学实验研究及技术验证试验。

嫦娥三号探测器上的8种探测设备在轨开展了“测月、观天、看地”,在国际上首次解译了着陆区月壤和月壳浅层结构特性,发现了一种新型玄武岩。自主研制的激光三维成像敏感器、激光测距敏感器、着陆缓冲机构拉伸杆等仪器设备以及VLBI精密测定轨技术为我国航天器首次地外天体软着陆提供了关键保障。

3.卫星平台及先进有效载荷——带动空间技术跨越式发展

单位:微小卫星创新研究院、上海技术物理研究所、电子学研究所、长春光学精密机械与物理研究所等

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全球二氧化碳监测科学实验卫星

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全球二氧化碳监测科学实验卫星有效载荷(备件)

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风云四号

围绕载荷的定制化设计。暗物质卫星采用以载荷为中心的一体化研制,载荷平台重量比达到3.5:1,创造了我国卫星平台承载能力的记录。

功能链设计理念。我国新一代北斗导航卫星用三个功能链实现了过去传统卫星十几个分系统的功能,整星集成度和可靠性极大提高,功能密度显著提升。

框架面板式轻量化结构。在国内首次突破框架面板式的轻量化结构技术,整星重量减少了50%,有效降低了发射和研制成本。

核心器部件自主可控。为我国自主相控阵天线、抗辐照CPU/FPGA(龙芯LS1E、LS1F)、星载氢原子钟、高精度铷原子钟、星敏感器、红外地球敏感器等提供集成创新平台,极大推动了核心器部件国产化技术与应用。

有效载荷指标国际先进。自主研发的“高分三号”卫星1米C波段多极化SAR、“高分五号”卫星多角度偏振成像仪、“高分六号”卫星16米甚宽幅光学相机、“高分七号”卫星激光测高仪、“风云四号”卫星干涉式大气垂直探测仪、微纳卫星高光谱成像仪、超分辨率多光谱相机等卫星有效载荷,技术指标均达到国际先进水平。

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神舟十一号飞船与天宫二号对接

 

(二)探索深海

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1.海洋科考迈入万米时代

单位:深海科学与工程研究所、沈阳自动化研究所、地质与地球物理研究所、南海海洋研究所等

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中国科学院深渊科考队,使用我国自主研发的系列深渊高技术装备,成功执行两次综合性万米深渊科学考察,叩开了旷世奇古的海斗深渊大门,取得系列国际领先的科考成果,表明我国具有在万米海斗深渊这一世界前沿科学领域进行开创性工作的能力和潜力。

2.构建谱系化深海装备体系

单位:沈阳自动化研究所

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建成国际一流的深海资源勘探、海洋科学考察与作业装备体系,无人遥控潜水器、无人自治潜水器研发形成谱系化并成功开展了大量实际航次应用,引领我国深海技术装备跨越发展。

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3.实现深海综合探测能力跨越提升

单位:海洋研究所

率先建立了我国深远海环境探测、厘米级海底地形探测、深海热液—冷泉化能生态系统原位长期观测和现场实验技术体系,实现“室内模拟实验→海洋移动实验室→深海原位实验室”的跨越。在深海特殊生命过程、板块构造的地质过程等领域取得新认知和创新突破。

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4.引领国际西太平洋海洋环境科学研究

单位:海洋研究所、沈阳自动化研究所

构建了国际上最大规模的从近海到大洋的热带西太平洋科学观测网,破解了深海观测数据实时传输的世界难题,形成了数值预报产品并应用于海洋环境保障部门。确立了中国主导和领跑国际热带西太平洋前沿研究的地位,为我国海洋环境安全保障提供重要科技支撑。

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5.先进海洋科考船队

单位:海洋研究所、南海海洋所、深海科学与工程研究所

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科学号

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探索一号

中国科学院拥有“科学”、“探索”和“实验”三个系列6艘海洋综合考察船。

“科学号”总吨位4711吨,续航能力15000海里,是自主设计的海洋科学综合考察船。

“探索一号”总吨位6250吨,续航能力大于10000海里,是我国4500米载人潜水器及万米深潜作业的工作母船。

“实验一号”总吨位3071吨,续航力8000海里,是我国第一艘小水线面双体海洋科学综合考察船。

6.深海勇士号完成全部海试任务

单位:深海科学与工程研究所等

我国自主研制的“深海勇士”号4500米载人潜水器于2017年11月正式交付,国产化率高达90%以上,标志着我国海洋大深度技术领域全面自主研发能力时代的到来。

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(三)走向深蓝

 

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1.引领量子通信科技前沿和实际应用

单位:中国科学技术大学

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量子通信是迄今为止唯一被严格证明是原理上无条件安全的通信方式。

中国科学院自主突破了城域光纤量子通信、基于中继器的城际量子通信、星地远距离量子通信的关键技术,并应用于国家信息安全领域。

  • 形成天地一体的全球化量子通信基础设施
  • 形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统
  • 构建基于量子通信安全保证的量子互联网
  • 2017年9月,结合“墨子号”卫星,我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。中国科学院的一系列成果使莲子信息科学从“理想王国”走到了“现实王国”。

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量子互联网及通信产业链

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“墨子号”量子卫星于2016年8月16日成功发射

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“墨子号”量子卫星天地链路

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“墨子号”世界首次实现1203公里量子纠缠

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量子保密通信京沪干线

2.成功研制世界首台光量子计算机

单位:中国科学技术大学

2017年5月2日,中国科学技术大学发布世界首台超越早期经典计算的光量子计算机,为最终实现 “量子称霸”(量子计算机在特定任务方面超越传统的超级计算机)奠定了坚实的基础。

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3.可重构互联制造解决方案

单位:沈阳自动化所

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可重构互联制造解决方案是面向未来个性化定制生产模式的制造系统智能管控解决方案,是2016年世界互联网大会15项世界互联网领先科技成果之一,实现了两国总理提出的“中国制造2025”与“德国工业4.0”领先技术的系统性对接,为中国制造与德国制造在技术、标准和市场方面的全面对接提供了坚实基础。

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4.突破领先世界的千万核算法软件技术

单位:软件研究所

在国际上首次研制出具有千万核可扩展能力、适应于众核体系结构特征的全隐式求解器软件,部署于国产“神威•太湖之光”超级计算机。在大气动力学模拟应用中,多项技术指标打破世界纪录:隐式求解器扩展至1000多万核,且3公里水平分辨率下模拟能力达到1.01年/天,均超过世界最好水平6倍;实现488米水平分辨率模拟,比世界最好水平提高近一倍。成果于2016年获美国计算机学会(ACM)颁发的国际高性能计算最高奖——“戈登•贝尔”奖(GORDON BELL PRIZE),实现了我国在该奖设立29年以来零的突破。

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戈登贝尔奖奖状

5.快递包裹智能分拣系统

单位:微电子研究所

快递包裹智能分拣系统是国内唯一一套完全自主研发的高端自动分拣设备系统运行速度达2m/s,错分率≤0.02%。

已成功应用于宁波海关、中通快递、百世快递等行业客户,并经历了2016年“双十一”的严苛考验,每套系统日分拣量超30万件,连续10天,每天24小时无故障不间断运行。

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6.机器人明星——佳佳

单位:中国科学技术技术大学

中国首台特有体验交互机器人佳佳于2016年4月诞生,具备表情引擎,上下文理解和常识推理三项核心技术,在人形机器人、人机交互体验中处于世界领先水平。

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7.研制成功移动终端和远距离虹膜识别技术

单位:自动化研究所

突破了微型化和远距离虹膜识别的关键技术,推出了中国第一款量产的虹膜手机和第一款远距离虹膜识别新产品,相关成果已得到规模化应用。

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8.极大规模集成电路制造装备与成套工艺

单位:微电子研究所

牵头承担国家重大专项“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”(02专项)的核心关键任务,申请国内外发明专利共2095项,向武汉新芯、中芯国际等主要IC制造企业进行许可和转让,关键工艺已在北方华创、上海盛美等IC装备企业进行了验证及推广,与长江存储合作研发出自主知识产权的32层3D-NAND闪存实现量产,实现了我国在大容量存储器芯片领域的飞跃。

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9.我国第一台微波光子雷达诞生

单位:电子学研究所

以光子为载体,利用光子技术产生、处理微波信号;突破电子技术带宽瓶颈,具备更迅速、更精准、更宽谱的跨代空间地理信息获取能力,是实现未来高分辨率和多功能一体化雷达的核心技术,将成为提升作战平台信息机动性的关键源动力。

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10.超导量子处理器芯片

单位:中国科学技术大学

首个实现10个量子比特全局纠缠的超导量子比特处理器,是量子计算的核心部件。

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11.AT200吨级物流无人机

单位:工程热物理研究所

      AT200吨级物流无人机最大有效载荷1.5吨,续航时长8小时,航程2183公里,具有货运载荷大、续航时间长、货运成本低、操作难度小等独特优势。AT200于2017年10月成功首飞,标志着全球首款吨位级货运无人机诞生,是我国及国际民用航空工业发展史上的重要里程碑。

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12.国产高性能通用微处理器

单位:曙光信息产业股份有限公司

曙光H系列服务器/工作站产品采用国产高性能微处理器。该处理器性能达到国际先进水平,采用通用的X86架构,具有强大的兼容性和丰富的软件生态。通过内置安全处理器、加入国密算法,微处理器拥有片上中国原生安全基因,满足中国信息安全的发展需求。

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13.可支持多种同步操作的多处理器间通信加速引擎装置

单位:计算技术研究所

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可支持多种操作类型的多处理器同步引擎装置,支持的同步原语类型可扩展,且占用存储空间少。由硬件逻辑将所有处理器的直属存储空间映射为同步存储结构,实现各种同步原语。

该技术以独立IP形式,应用于曙光系列超算计算节点的设计中,显著提升了中国超算产业化的整体水平,使中国超算技术首次跻身世界前三甲。

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14.突破国产桌面操作系统核心关键技术

单位:软件研究所

   国内首个与国产X86架构CPU深度融合的安全可靠桌面计算机操作系统,已应用于上海市等地区党政领域办公、国家重要行业信息化应用以及党的“十九大”等重要场合。操作系统自主研发与深度维护源代码包达12.5%、裁剪与修改源代码包达73.25%,初步自主可控;兼容Windows应用,对我国实现国产替代Wintel体系具有战略意义。

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15.高亮度光子晶体激光芯片——我国自主高端激光芯片

单位:半导体研究所

在传统半导体激光芯片中引入垂直和水平方向的啁啾光子晶体结构,基于复合腔实现联合调控电子态和光子态,在保证激光高效输出的同时,有效解决了传统半导体激光芯片中存在的发散角大、亮度低等共性难题,提高了激光输出汇聚能力。

与传统激光芯片制备技术兼容,可批量制造和推广,国际上尚未有相关产品销售,属未来高端激光芯片发展的新方向,是我国在高端芯片领域自主发展,有望实现反制的新技术方案。

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16.实现国产高能效处理芯片的自主可控

单位:计算技术研究所、自动化研究所

研制了全球首个深度学习处理器芯片“寒武纪”,每秒可处理160亿个神经元和2万亿个突触,与同期通用CPU相比,性能和能效提高百倍,可应用于各种移动互联网产品中。

2017年9月,华为发布全球首款人工智能手机芯片麒麟970,其中集成有寒武纪“Cambricon-1A”处理器IP。
“Cambricon-1A”处理器IP及配套软件为华为麒麟970芯片提供了支持智能处理加速的能力,使华为旗舰手机Mate10具备了强大的本地智能处理能力。

基于自主知识产权指令集体系结构研制的代数处理器芯片“MaPU”,在提升了计算效率的同时,计算功耗比较传统处理器提高一个数量级,已逐步应用于科学计算、图像处理、宽带通讯等领域。

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