2月28日，科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布了2021年中国十大科学进展。火星探测任务田文1号成功登陆火星，从二氧化碳到淀***等10项重大科学进展从30项候选进展中脱颖而出。
根据票数，2021年中国十大科学发展如下:
一个
火星探测任务田文1号探测器
成功登陆火星
2021年5月15日7时18分，田文一号探测器在火星南部乌托邦平原预选着陆区成功着陆。中国首次火星探测任务成功登陆火星。任务采用“气动减速-降落伞减速-动力减速-着陆缓冲”四级串联减速技术路线，建立设计迭代改进流程和多学科综合优化方法，提高系统应对故障工况和入轨条件极端偏差的安全着陆能力。
田文一号探测器在火星着陆是中国第一次在外星球着陆。它在中国的星际探索之旅中迈出了重要一步。实现了从地月系统到行星际系统的跨越，首次在火星上留下了中国的印记，使中国成为第二个成功登陆火星的国家。这是中国航天事业发展的又一个里程碑。
田文一号探测器
2
中国空站天空和核心模块发射成功。
神舟十二号和十三号载人飞船成功发射。
并成功与天河核心舱对接。
2021年4月29日，中国空空间站及核心舱在海南文昌航天发射场发射，任务成功。天河核心舱的成功发射，标志着我国空站建设进入全面实施阶段，为后续任务奠定了坚实基础。
6月17日，神舟十二号载人飞船成功发射，并与天河核心舱成功对接。聂海胜、刘伯明、唐洪波三名航天员成功送上太台空。这是天河核心舱发射入轨后与载人飞船的首次交会对接。中国载人飞船离开试验阶段，开始实现“Tai 空”往返常态化。中国正式进入“太空”站时代。
10月16日，神舟十三号载人飞船成功发射，采用自主快速交会对接模式，成功对接天河核心舱径向口。翟志刚、王亚平、叶广福三名航天员成功送入太空，实现了中国载人飞船在太空的首次径向交会对接。
中国空站模拟图
三
从二氧化碳到淀粉的人工合成
淀粉是谷物最重要的成分，也是重要的工业原料。中国科学院天津工业生物技术研究所马延河等人报道了由11个核心反应组成的人工淀***途径(ASAP)，将化学催化与生物催化相耦合，在实验室实现了二氧化碳和氢气人工全合成淀粉分子。
通过从零开始设计从二氧化碳到淀***的非自然途径，采用模块化反应适应和蛋白质工程手段，解决了计算机途径热力学匹配、代谢流量平衡和副产物抑制问题，克服了人工途径组装和级联反应进化问题。在氢气的驱动下，ASAP能以每毫克催化剂每分钟22nmol碳单位的速率将二氧化碳转化为淀粉分子，比玉米淀***的速率高8.5倍。ASAP淀***的理论能量转化效率为7%，是玉米等作物的3.5倍，可以实现直链淀粉和支链淀粉的可控合成。这一成果不依赖植物光合作用，实现了二氧化碳人工全合成淀粉。
人造淀粉的合成途径
四
嫦娥五号月球样品揭示月球演化之谜
中国科学院地质与地球物理研究所李、杨伟、、林，中国科学院国家天文台等。利用近十年来建立的空超高分辨率测年和同位素分析技术，对嫦娥五号月球玄武岩样品进行了精确的年代学、岩石地球化学和岩浆水含量研究。结果表明，嫦娥五号玄武岩形成于2.030±0.04亿年，证实了月球的火山活动可持续到20亿年前，比以往月球样品限定的火山活动时间长了约8亿年。
这一结果为撞击坑的年代测定提供了一个关键的定位点，将大大提高太阳系内部撞击坑的年代测定精度。研究还揭示了嫦娥五号玄武岩月幔源区不富含放射性产热元素和水，消除了月幔两种熔融机制，即放射性元素提供热源或富水降低熔点，为未来月球探测和研究提出了新的方向。
嫦娥五号月壤样本(玄武岩碎片)显微图像
五
揭示新型冠状病毒逃避抗病毒药物机制
新冠肺炎变异体的不断出现，对现有的疫苗、中和抗体等抗病毒方法提出了严峻挑战，迫切需要开发能有效应对各种变异体的广谱药物。在生命周期中，一系列病毒转录和***酶组装成“转录和***复合体”超级分子机器，负责病毒转录和***的全过程，在各种突变体中高度保守，是开发广谱抗病毒药物的核心靶点。
清华大学娄志勇、上海科技大学饶和发现并重建了加帽中间复合物、mRNA加帽复合物和病毒错配纠正复合物，并解释了它们的工作机制。揭示了新冠肺炎转录***机的完整组成。发现病毒聚合酶的核苷酸转移酶结构域是催化mRNA“加帽”成熟的关键酶，阐明了加帽结构的合成过程，为开发新型安全的广谱抗病毒药物提供了新的靶点。发现该病毒通过“反式回溯”来“消除”错配的碱基和抗病毒药物，阐明了雷地昔韦等药物不良作用的分子机制，为优化抗聚合酶的抗病毒药物提供了关键的科学依据。
新冠肺炎“反向回顾”的***与纠错机制
六
通过FAST捕捉世界上最大的快速射电爆发样本
快速射电爆发(FRB)是***电波中最亮的爆发现象。FRB 121102是第一个已知的重复快速射电爆发。中国科学院国家天文台李毅等。利用“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”FAST成功捕捉到FRB 121102的极端活动期。最强时期达到每小时122个突发，共采集到1652个高信噪比的突发信号，构成了目前最大的FRB突发***。
发现存在特征能量E0 = 4.8x1037ergFRB爆发率。探测到其能谱的双峰结构，即低能端接近正则对数，显示出快速射电暴重复过程的随机性；高能端接近洛伦兹函数，说明可能存在强辐射的关联过程。快速样本排除了FRB 121102爆发的周期性或准周期性，从1毫秒到1小时，严格限制了来自单个致密天体的重复快速射电爆发的可能性。本研究首次展示了FRB的完整能谱，揭示了FRB的基本物理机制。
FAST捕获快速射电爆发样本示意图
七
实现高性能纤维锂离子电池的规模化制备。
如何设计一种新的结构(如纤维锂离子电池)来满足电子产品高度集成化和柔性化发展的要求，是锂离子电池领域的一大挑战。
复旦大学的彭慧生和陈培宁发现了纤维锂离子电池内阻与长度之间独特的双曲线余切函数关系，即内阻并不随着长度的增加而增加，而是先减小后趋于稳定。在该理论指导下构建的纤维锂离子电池具有优异稳定的电化学性能，能量密度比过去提高了近两个数量级，弯曲10万次后容量保持率超过80%。建立了世界上第一条纤维锂离子电池生产线，并实现了其大规模连续制备；该编织纤维锂离子电池系统具有与商用锂离子电池相同的电化学性能，并具有更好的稳定性和安全性。
聚合物锂离子电池集成装配示意图
八
可编程二维62位超导处理器
“祖冲之”的量子行走
量子行走是经典随机行走的量子力学模拟，是实现量子模拟、量子搜索算法乃至广义量子计算的工具。
中科大朱***和潘建伟通过研发与平面工艺兼容的三维引线技术，实现了量子比特结构从一维扩展到二维。他们设计制造了由62位组成的8×8二维超导量子位阵列，建成了“祖冲之”量子计算的原型。通过这个装置，他们演示了高保真的单粒子和双粒子连续时间量子行走。利用量子处理器的高度可编程性，实现了对量子比特激发粒子行走路径的精确控制，并在一个固体量子芯片中实现了马赫-曾德尔干涉仪。
该工作是国际上首次发表的60比特以上超导量子计算领域的成果，验证了带噪声的中尺度量子比特系统的高精度量子控制能力，为祖冲之二的研制和“量子计算优越性”的实现奠定了基础。
祖冲之。
九
自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟
深海机器人和设备需要高强度金属耐压壳体或压力补偿系统来保护其内部机电系统。浙江大学李铁峰等从深海狮子鱼“头骨散在软组织中融合”的生理特性中提取仿生灵感，揭示了深海极端压力下软体机器人功能器件破坏和驱动失效的内在机理；提出了将硬器件分散到软基体中实现内应力调控的方法，以及适用于深海低温高压环境的电驱动人工肌肉的融合制造方法。建立了万米深海软机器人的系统构建方法和驱动理论。
研制的自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟，实现10900米深潜和驾驶，在南海海平面以下3224米实现深海航行。该研究大大降低了深海机器人的重量和经济成本，促进了软机器人在深海工程领域的应用。
马里亚纳海沟万米深海软机器人驾驶实验
10
揭示鸟类迁徙路线的成因。
和长距离迁移。
"迁徙的生物如何找到它们的迁徙路线？"一直是社会和学术界广泛关注的话题，也是《科学》杂志最具挑战性的125个科学问题之一。
中国科学院动物研究所詹湘江等。，利用卫星定位数据和基因组信息建立了北极游隼的迁徙研究体系，发现游隼主要利用5条路线穿越亚欧**，西部短途迁徙，东部长途迁徙。末次盛冰期向全新世过渡期间，冰川退缩引起的繁殖和越冬变化可能是迁徙路线形成的主要历史原因。还发现迁徙距离较长的游隼携带显性等位基因ADCY8，与长时记忆的形成有关，表明长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。本研究结合遥感卫星定位、基因组学、神经生物学等研究方法，通过多学科整合分析，阐明了鸟类迁徙路线变化的原因和遗传基础。
北极游隼迁徙路线的成因及长距离迁徙的关键基因
来源:科技日报
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