中国科协发布20项重大科学问题工程技术难题

文／史 诗 综合

6月30日，中国科协在哈尔滨举办的第21届年会上，发布了2019年20个对科学发展具有导向作用、对技术和产业创新具有关键作用的前沿科学问题和工程技术难题。

中国科学院院士、中国科协名誉主席韩启德评价说，“中国科协重大科学问题和工程技术难题的发布，既和当下的国计民生息息相关，又有面向未来的战略意义。”

“解决了这些科学问题和技术难题，不仅能改变我们人类的生活，同时对未来人类社会的发展和进步也会起到支撑和指导作用。”中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授杜善义指出。

据了解，中国科协自2018年起通过所属全国学会及学会联合体，面向广大科技工作者，开展了重大科学问题和工程技术难题征集发布活动。这是中国科协发挥自身组织和人才优势，研判未来科技发展趋势，明确科技创新突破口，前瞻谋划和布局前沿科技领域与方向，服务世界科技强国建设的重要举措。

今年中国科协发布的20项“重大科学问题和工程技术难题”，由7000多名科研一线科学家参与线上初选、27名院士专家参与终选等5个环节最终确定，包含了暗物质、近地小天体防御与开发等深空探索，也有大地震机制及其物理预测、海洋资源勘探开发等深地探测，同时，细胞科学、人工智能、情绪意识等，与人们生活息息相关的问题也入选其中。

中国科协学会学术部副部长刘兴平表示：“我们是要明晰国家目前科技发展所处的方位在哪里，通过这个问题要明晰，未来科技发展的前沿方向、它的趋势在哪里。”

最终确定发布的20个重大科学问题和工程技术难题如下：

暗物质是种能探测到的基本粒子吗？

暗物质很可能是一种未知的、相互作用非常微弱的基本粒子，可以建造超级灵敏的粒子探测器来进行研究。暗物质粒子一旦被发现，将成为人类科学史上具有划时代意义的重大成就，会对未来粒子物理与天体物理的发展产生巨大影响。

——中国物理学会推荐

暗物质既神秘又迷人，是天体物理学和宇宙学中最大的谜团之一，但它的存在只是被间接证明，而且受到了质疑。SISSA进行的新研究消除了关于星系中是否存在暗物质的疑虑，驳斥了支持其他理论的经验关系。这项发表在《天体物理学》上的研究也为理解暗物质本质及其与普通物质的关系提供了新视角。从宇宙膨胀到星系中恒星的运动，有许多现象不能单独用重子物质的存在来解释。物质所产生的引力不足以解释可见引力效应，这就引出了无法探测到的暗物质存在理论，以及星系嵌在其球形光晕中的观点。

对激光核聚变新途径的探索

激光核聚变的成功实现将有望解决困扰人类多年的能源问题，还可用于模拟核武器相关过程，可带来巨大的经济与社会效益，并保障国家安全。

——中国物理学会推荐

在2019年1月8日北京隆重举行的国家科学技术奖励大会上，上海光机所研究团队完成的“大尺寸高性能激光偏振薄膜元件成套制备工艺技术及应用”项目荣获2018年度国家技术发明二等奖。该项目团队历经十余年攻关，成功研制出大尺寸高性能激光偏振薄膜元件，打破了西方的技术封锁和高端产品禁运，成功掌握了从加工到镀膜全工艺流程技术，其研制的大尺寸偏振薄膜元件已成功应用于我国神光系列激光装置，并出口俄罗斯、以色列等国，不仅满足了我国激光聚变研究的重大战略需求，还推动了我国激光薄膜和相关行业的技术进步。

单原子催化剂的催化反应机理

该问题的突破，将进一步丰富催化领域的理论知识，指导新型催化剂的设计、研发以及制备，拓宽催化剂的应用范围。有助于实现物质“原子经济性”，对催化及相关领域有重大贡献，或将伴随新兴研究领域的出现。

——中国化学会推荐

高能量密度动力电池材料电化学

突破高能量密度动力电池核心材料体系的技术瓶颈，实现高能量密度动力电池工程化，可从根本上消除电动汽车行业“续航里程焦虑”问题，快速推动该产业的发展，对振兴中国汽车、保障能源安全、节能减排等有重要意义。

——中国化学会推荐

情绪意识的产生根源

指向人类对深邃而复杂情感世界的认识和理解，有助于解释人类社会独特性的进化依据，不仅有利于维持现有社会的健康和发展，也可解释人类社会建构的基础，重塑人类生存和发展的理解框架。

——中国心理学会推荐

细胞器之间的相互作用

利用多学科交叉前沿技术，研究细胞器相互作用网络的分子细胞生物学机制，对细胞器网络在生物膜稳态维持、动态变化等重要细胞生命过程的作用提出原创性理论，以支持相关重大疾病的诊断、预防和新药研发。

——中国细胞生物学学会推荐

今年3月，国家自然科学基金委发布细胞器互作网络及其功能研究项目指南，指出本重大研究计划拟突破以往针对单个细胞器进行研究的局限，发展创新性技术方法，研究不同条件下细胞器之间的互作方式，解析介导细胞器互作的分子机器及其调节机制，揭示细胞器互作在物质转运与利用、细胞器稳态调控等方面的作用，从不同细胞器互作网络、功能协同的角度，系统综合地解析复杂生命活动的调控机制，进而理解细胞器互作在细胞、器官、个体水平的生理功能和在疾病发生中的作用。

单细胞多组学技术

该技术可系统地鉴定细胞异质性和识别罕见细胞类型，在遗传特性、生化特征和生理功能方面提供前所未有的精准数据，可广泛应用于胚胎发育、细胞分化和谱系追踪，以及人体生理功能和疾病发生发展的研究。

——中国细胞生物学学会推荐

现阶段，科学家们已经开始以单细胞分辨率组合多层信息。这些“多组学”技术可以更仔细地观察细胞之间的可变性，更清楚地识别特定细胞及其功能。分析基因组DNA揭示了单细胞基因组，甲基化组织或染色质，而分析RNA和蛋白质则能分别产生转录组和蛋白质组数据。

“多组学比单一层的组学分析更强大，”英国Sanger研究所的分子生物学家Lia Chappell说，“这样才能开始解开所有异质性的真正含义，能够深入挖掘生物机制。”

维也纳CeMM分子医学研究中心的基因组研究员Christoph Bock认为，单细胞多组学特别适用于检查发生快速变化的细胞，如活化的免疫细胞，或非常异质组织中的细胞，包括肿瘤。

废弃物资源生态安全利用技术集成

可解决大量养分资源仅能作废弃物或因处理不当而造成的资源浪费，有效控制环境污染和耕地质量风险，引导工农业废弃物资源循环利用产业链和价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、投入品减量化等，促进农业可持续发展。

——中国农学会推荐

全智能化植物工厂关键技术难题

智能化植物工厂可提供农业与大都市食品安全生产的新模式，并在智能化装备与管理决策系统、新型LED光源与光能有效利用、新型作物品种改良等方面掌握核心技术，将促进人工智能与农业科学等多学科的交叉与融合。

——中国植物生理与分子生物学学会推荐

近地小天体调查、防御与开发问题

可整合拉动地面设施、太空探索、太空开发及太空经济研究，发展航天未来技术和牵引太阳系演化前沿科学研究。助推小天体撞击天地一体预警体系及国际大科学计划发展，体现负责任的大国担当。

——中国空间科学学会推荐

大地震机制及其物理预测方法

孕震断层多锁固段脆性破裂理论很好地描述了板内和板间地震产生过程，有望从根本上解决地震预测预报这一世界性科学难题，进而提高人类预防地震灾害的能力，亦有助于大幅提升我国在国际地球科学领域的学术地位。

——中国岩石力学与工程学会推荐

原创药物靶标发现的新途径与新方法

通过生命科学的深入研究，发现对疾病发生、发展具有重要影响的基因、酶、受体等生物大分子和相关的调控通路；利用已有的生物活性分子去发现它们的作用靶标，这两个发现和确证药物作用的新靶标、新机理的主要途径，是实现我国原创药物研发的重要突破点。

——中国药学会推荐

中医药临床疗效评价创新方法与技术

该技术可筛选出临床疗效显著且安全性高的中医药干预措施，更能体现出中医特色的治疗病证，可产生用于评价中医复杂干预的方法，对内为民生服务，对外可提升国家科技、经济和文化实力，并可产生一系列独创的临床研究方法和技术。

——中华中医药学会推荐

人工智能系统的智能生成机理

人工智能是引领现代科技革命和产业变革的战略力量，可使人类从一般性的劳动中解放出来去从事创造性工作，从而对人类社会的发展产生无可估量的伟大贡献。但成功的关键是——要理解“智能生成的机理”。

——钟义信院士推荐

氢燃料电池动力系统

该产业将成为我国新经济增长点和新能源战略的重要组成部分，对加快我国氢燃料电池汽车的产业化应用、完善新能源汽车产业及技术布局，提升国际竞争力和科技创新实力，保障国家能源安全、改善环境污染等具有显著意义。

——中国汽车工程学会推荐

氢可以通过电解过程从水的氧分子中分离出来，也可以通过将氢从化石燃料中的碳氢链中分离出来，但这一过程本身就会产生温室气体排放。氢燃料电池技术是一种有效的将氢转化成可用能量的技术。而且，氢燃料电池不同于以石油为基础的内燃机，它不依靠热量和动力来产生能量。

可再生合成燃料

利用太阳能、风能、生物质能等可再生能源，转化利用二氧化碳设计出适合高效清洁燃烧的合成燃料分子结构，实现CO2+H2O→CxHy的分子转换，生产合成甲烷、醇醚燃料、烷烃柴油、航空燃油等可再生合成燃料。

——中国工程热物理学会推荐

绿色超声速民机设计技术

该技术的问世将使高速飞行完美融入人类的生产生活，极大地缩短民航运输的时间，使国际间的经贸往来更为频繁和高效，是激发我国民用航空工业提升整体实力、赶超传统航空强国的一次重要历史机遇。

——中国航空学会推荐

中国航空研究院前沿技术研究部副总工程师徐悦称，绿色超声速民机是目前国际上研究的热点，也是未来航空的发展方向。我们希望通过我们的技术攻关，持续的科研投入，希望能够在2035年前后，能够实现我们自己的超声速民机的验证机的上线。

重复使用航天运输系统设计与评估技术

构建航班化运营的重复使用航天运输系统，可大幅提升我国自由进出和利用空间的能力，是深入推进航天运输技术发展、实现向航天强国迈进的重要内容，还将进一步落实军民融合战略，促进航天装备体系发展。

——中国宇航学会推荐

千米级深竖井全断面掘进技术

攻克深部复杂岩体高效破岩、同步支护、岩渣连续提升、姿态实时导向等关键技术，创新研制大直径深竖井全断面掘进装备，为川藏铁路、深部资源开采、深地空间开发等战略工程提供技术与装备保障，开创深竖井工程安全、优质、高效、绿色建设新模式，抢占全球深部地下空间开发领域的技术制高点，为“向地球深部进军”国家战略的实施奠定坚实的技术基础。

——中国铁道学会推荐

海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术

基于我国海域天然气水合物和常规油气赋存区域的空间耦合关系，重点攻克海域天然气水合物和常规油气综合探测机理、海底表层、中深层天然气水合物和深部油气资源的一体化开发机制和核心技术装备，从而实现海域天然气水合物、浅层气和深部油气的立体开发，可极大提升我国海域天然气资源的综合开发能力，对保障国家能源安全具有重要的战略意义。

——中国能源研究会推荐

就相关领域的研究，近日，科技部会同发展改革委、教育部、中科院等部门及上海市科委等省级科技主管部门，共同编制了国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项实施方案。本专项紧紧围绕海洋高新

技术及产业化的需求，将重点突破全海深（最大深度11000米）潜水器研制，形成1000—7000米级潜水器作业应用能力，为进入、认识深海，开发利用深海油气、矿产和生物资源提供技术装备，加快我国深海科技体系建设，为我国深海资源开发利用和海洋强国建设提供科技支撑。