“2022年中国/世界十大科技进展新闻”揭晓，AI加速“原创”新蛋白质设计、人造心脏等研究上榜

01

中国天眼FAST取得系列重要进展

1月6日，中国科学院国家天文台李菂研究员领导的团队，通过FAST平台，采用原创的中性氢窄线自吸收方法，首次获得原恒星核包层中具有高置信度的塞曼效应测量结果。

3月18日，李菂领导的团队通过分析包括FAST、美国绿岸望远镜GBT在内的多项数据，首次提出了能够统一解释重复快速射电暴偏振频率演化的机制，为最终确定FRB起源提供了关键观测证据。

6月9日，李菂领导的国际合作团队，在FAST的帮助下，发现了迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴，并确认近源区域拥有目前已知的最大电子密度。

9月21日，FAST快速射电暴优先和重大项目科学研究团队，利用FAST对一例位于银河系外的快速射电暴开展了深度观测，首次探测到距离快速射电暴中心仅1个天文单位（即太阳到地球的距离）的周边环境的磁场变化，向着揭示快速射电暴中心引擎机制迈出重要一步。

10月19日，中国科学院国家天文台徐聪研究员领导的国际团队，利用FAST对致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区的氢原子气体进行了成像观测，发现了一个尺度大约为200万光年的巨大原子气体结构，比银河系大20倍，这是迄今为止在宇宙中探测到的最大的原子气体结构。上述5项重要成果均在《自然》《科学》上发表。

02

中国空间站完成在轨建造并取得一系列重大进展

11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。

11月30日5时42分，神舟十五号载人飞船自主快速交会对接于空间站天和核心舱前向端口，加上问天、梦天实验舱，神舟十四号、天舟五号飞船，空间站由此形成“三舱三船”组合体，达到当前设计的最大构型，总重近百吨。

神舟十五号航天员乘组于11月30日清晨入驻“天宫”，与神舟十四号航天员乘组相聚中国人的“太空家园”，开启中国空间站长期有人驻留时代。这是中国载人航天史上首次有两个航天员乘组在“太空会师”，也是中国航天员首次在空间站迎接神舟载人飞船来访。

19个月内，中国载人航天密集实施11次发射、2次飞船返回、7次航天员出舱，4个飞行乘组12名航天员接续在轨驻留，空间站“T”字基本构型组装建造如期完成。展现了中国载人航天30年发展的厚重积淀与强大实力，跑出了新时代中国航天发展的加速度。

03

我国科学家发现玉米和水稻增产关键基因

玉米、水稻和小麦是迄今驯化最为成功的三大农作物，为全人类提供了50%以上的能量摄入。由于它们的驯化地区、祖先各不相同，形态习性各异，其驯化过程是否遵循共同的遗传规律在科学界长期存在争论。

3月25日，《科学》杂志在线发表了中国农业大学教授杨小红/李建生与华中农业大学教授严建兵联合团队的研究论文。经过三代科学家18年研究发现，玉米基因KRN2和水稻基因OsKRN2受到趋同选择，并通过相似的途径调控玉米和水稻的产量。该团队进一步在全基因组层面阐明了趋同进化的遗传规律。

据悉，这一成果不仅揭示了玉米与水稻的同源基因趋同进化从而增加玉米与水稻产量的机制，为育种提供了宝贵的遗传资源，而且为农艺性状关键控制基因的解析与育种应用，以及其它优异野生植物快速再驯化或从头驯化提供重要理论基础。

04

科学家首次发现并证实玻色子奇异金属

电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室主任李言荣院士团队与美国布朗大学教授James M. Valles Jr、北京大学物理学院/量子材料科学中心谢心澄院士等协同攻关，成功突破了费米子体系的限制，首次在玻色子体系中诱导出奇异金属态。相关研究1月12日发表于《自然》。

宇宙中，基本粒子分为费米子与玻色子两种。其中，人类社会目前赖以生存的电子工业与器件发展几乎完全基于费米子体系，但该体系能耗高、损耗大，物理尺寸已近极限，面临性能持续提升的瓶颈，无法满足快速增长的信息传输需求。而以高温超导体为代表的玻色子器件，具有完美的零损耗能量传递特性，有望为电子信息工业带来革命性变化。

据悉，该研究为理解凝聚态物理中奇异金属的物理规律、揭示奇异金属的普适性、完善量子相变理论奠定了科学基础，对揭示耗散效应对玻色子量子相干的定量影响、推动未来低能耗超导量子计算以及极高灵敏量子探测技术的发展具有重要的理论和实际意义。

05

我国科学家将二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸

将二氧化碳人工转化为高附加值化合物，“变废为宝”，是科技界持续攻关的重要领域。我国科学家此前在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。

2022年，电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组和中国科学技术大学曾杰课题组共同创建了一种二氧化碳转化新路径，通过电催化与生物合成相结合，成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸，为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。

该研究开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例，是二氧化碳利用的重要发展方向。该成果4月28日以封面文章形式在《自然—催化》发表。

06

我国迄今运载能力最大固体运载火箭“力箭一号”首飞成功

7月27日12时12分，由中科院力学研究所抓总研制、中国迄今运载能力最大的固体运载火箭“力箭一号”（ZK-1A）在酒泉卫星发射中心成功发射，以“一箭六星”方式将六颗卫星送入预定轨道。

“力箭一号”运载火箭首次飞行任务取得圆满成功，作为中小型卫星发射优先选择，丰富了中国固体运载火箭发射能力谱系。该款火箭是四级固体运载火箭，起飞重量135吨，起飞推力200吨，总长30米，芯级直径2.65米，首飞状态整流罩直径2.65米，500公里太阳同步轨道运载能力1500公斤。

据悉，“力箭一号”运载火箭由中科院“十四五”重大项目支持，其面向空间科学和空间技术发展需求，以“工程科学”思想为指导，以创新、先进、高效为设计思路，发展创新性、先进性、经济性运载火箭，对于推动中国运载技术和研制模式的变革和创新、推动空间科学发展具有重要意义。

07

“夸父一号”发射成功，并发布首批科学图像

我国综合性太阳探测专用卫星“夸父一号”首批科学图像于12月13日在京正式对外发布。包括“夸父一号”自成功发射以来的3台有效载荷在轨运行两个月期间获取的若干对太阳的科学观测图像，这些成果实现多个国内外首次，在轨验证了“夸父一号”3台有效载荷的观测能力和先进性。

据了解，“夸父一号”卫星全称先进天基太阳天文台（ASO-S），是一颗综合性太阳探测专用卫星，由中科院国家空间科学中心负责工程大总体和地面支撑系统的研制建设，中科院微小卫星创新研究院、国家天文台、长春光学精密机械与物理研究所、紫金山天文台负责卫星平台及有效载荷研制，科学应用系统由中科院紫金山天文台负责，测控系统由中国西安卫星测控中心负责实施，运载火箭由中国航天科技集团有限公司第八研究院研制生产。

据悉，该卫星于2022年10月9日在酒泉卫星发射中心成功发射。卫星科学目标为“一磁两暴”，即同时观测太阳磁场及太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑和日冕物质抛射，并研究它们的形成、演化、相互作用、关联等，同时为空间天气预报提供支持。

08

新技术可在海水里原位直接电解制氢

由于淡水资源紧缺，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分（约92种化学元素）导致海水制氢面临诸多难题与挑战，先淡化后制氢工艺流程复杂且成本高昂。

11月30日，中国工程院院士谢和平与他指导的深圳大学、四川大学博士生团队在《自然》发表论文，以物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。该技术彻底隔绝了海水离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，即在海水里原位直接电解制氢。

据悉，海水无淡化原位直接电解制氢技术未来有望与海上可再生能源相结合，构建无淡化、无额外催化剂工程、无海水输运、无污染处理的海水原位直接电解制氢工厂。

09

国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”实现重大突破

8月12日，国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”实现重大突破，创造场强45.22万高斯的稳态强磁场，超越已保持了23年之久的45万高斯稳态强磁场世界纪录。

国家稳态强磁场实验装置由中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研制，是“十一五”期间国家发改委批准立项的重大科技基础设施，包括十台磁体——五台水冷磁体、四台超导磁体和一台混合磁体。

此次国家稳态强磁场实验装置的混合磁体在26.9兆瓦的电源功率下产生45.22万高斯的稳态强磁场，达到国际领先水平，成为我国科学实验极端条件建设乃至世界强磁场技术发展的重要里程碑。

据悉，稳态强磁场是物质科学研究需要的一种极端实验条件，是推动重大科学发现的“利器”。在强磁场实验环境下，物质特性会受到调控，有利于科学家发现物质新现象、探索物质新规律。

10

“巅峰使命”珠峰科考创造多项新纪录

5月30日，“巅峰使命”珠峰科考活动的主体任务完成，共有5个科考分队、16支科考小组、270多名科考队员参加。此次科考在西风-季风协同作用及影响、巅峰海拔的强烈升温、巅峰海拔的冰雪融化、高新技术平台观测的水汽和温室气体、珠峰地区的强大气氧化性过程、珠峰地区人体生理的特殊反应、珠峰地区变绿的生态过程等方面取得了众多亮点成果，创下多项科考新纪录。

其中，“巅峰使命”珠峰科考首次建成了梯度联网的巅峰站并实现了数据实时传输，架设了世界上海拔最高的气象站（8830米），建成了从4276米到8830米海拔梯度的观测网络，实现了观测数据实时传输；科考首次成功获取了海拔6500米、7028米和8848米的冰雪样品；科考所使用的“极目一号”Ⅲ型系留浮空艇长55米、高19米，体积达9060立方米，创造了海拔9050米浮空艇原位大气环境科学观测的纪录。

此外，“巅峰使命”珠峰科考首次利用高精度雷达测量了珠峰顶部的冰雪厚度；首次采用多种先进技术获得地面至39公里高空大气臭氧浓度数据和三维风场；首次获得高原常驻和短居人群的高山生理适应数据等。

01

首个完整人类基因组序列公布

由美国国家人类基因组研究所、加利福尼亚大学圣克鲁斯分校、华盛顿大学等机构研究人员领衔的国际科研团队3月31日公布了首个完整、无间隙的人类基因组序列。与这项重大成果相关的6篇论文当天发表在美国《科学》杂志上。

美国国家人类基因组研究所在一份公报中表示，人类基因组含有约30亿个DNA（脱氧核糖核酸）碱基对，完成这些碱基对的完整、无间隙测序对于了解人类基因组变异全谱、掌握基因对某些疾病的影响至关重要。

据悉，人类基因组测序项目的重要意义被视为与阿波罗登月计划相当。人类基因组蕴藏人类遗传信息，破译它能够为疾病诊断、新药研发、新疗法探索等带来革命性进步。

早在2001年，由包括中国在内的6国科学家共同参与了国际“人类基因组计划”，并在英国《自然》杂志上发布了人类基因组草图及初步分析。但由于当时的测序技术所限，这份人类基因组草图中留有许多空白。

02

人造心脏研究取得重要进展

为了从头开始构建人类心脏，研究人员需要复制构成心脏的独特结构。这包括重建螺旋几何形状——当心脏跳动时，螺旋几何形状会产生扭曲的运动。这种扭曲运动对大量泵血至关重要，但由于制造具有不同几何形状和排列的心脏难度较大，这项工作极具挑战性。

如今，美国哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）生物工程师使用一种新的增材纺织品制造方法（FRJS），开发了第一个具有螺旋排列跳动心脏细胞的人类心室生物杂交模型，并证明其肌肉排列确实会显著增加每次收缩时心室泵出的血液量。相关研究结果发表于7月7日出版的《科学》杂志。

研究的目标是建立一个模型，测试心脏的螺旋结构是否对达到大的射血分数（即每次收缩时心室泵送的血液百分比）至关重要，并研究心脏螺旋结构的相对重要性。这项工作是朝着器官生物制造迈出的重要一步，使人们更接近于建立用于移植的人体心脏的最终目标。

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银河系中心黑洞的首张照片面世

5月12日，包括中国在内的全球多地天文学家同步公布了一个超大质量黑洞——人马座 A* （Sgr A*）的照片。相关研究成果以特刊形式发表在《天体物理学杂志通讯》上。这是人类“看见”的第二个黑洞，也是银河系中心超大质量黑洞真实存在的首个直接视觉证据。

这个超大质量黑洞距离太阳系约2.7万光年，质量超过太阳质量的400万倍。这张银河系中心黑洞的照片，与人类看到的第一张黑洞照片的拍摄者和拍摄时间均相同，都是由“事件视界望远镜”（EHT）合作组织在2017年通过分布在地球上由8个射电望远镜组成的一个等效于地球般口径大小的“虚拟望远镜”所拍摄。

EHT研究团队花了五年时间，用超级计算机合成和分析数据，编纂了前所未有的黑洞模拟数据库，与观测结果进行严格比对，并提取出不同照片平均后的效果，最终得以将银河系中心这个超大质量黑洞的“真实容貌”第一次呈现出来。

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人类首次成功改变小行星轨道

9月26日，美国宇航局（NASA）利用双小行星重定向测试（DART）航天器，撞击了一颗近地双小行星系统中较小的小行星——Dimorphos，以期改变其运行轨道。

这是世界上首个旨在防御地球免受小行星撞击威胁的测试任务。10月11日，NASA证实这次任务取得成功——DART航天器的撞击，将Dimorphos推向其伴星Didymos，并将前者近12小时的轨道周期缩短了32分钟。

据悉，NASA在撞击开始前表示，将轨道周期缩短73秒就代表任务成功。大多数天文学家则预测，撞击可能导致轨道周期缩短10分钟。但该撞击造成的偏斜程度远远大于预期。这也在一定程度上表明，动能撞击是行星防御的可行方法。

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美国首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”

12月13日，美国能源部（DOE）和能源部国家核安全管理局（NNSA）宣布，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的美国国家点火装置（NIF）团队首次在可控核聚变实验中实现核聚变反应的净能量增益，即通过核聚变产生的能量比激发聚变所使用的能量更多，这项突破将为美国国防的发展和清洁能源的未来铺平道路。

据悉，美国国家点火装置团队用192束激光束，向一个微型燃料颗粒输送了205万焦耳的激光能量，点燃核聚变燃料，最终产生了315万焦耳的聚变能量输出，实现净能量增益，首次证实了惯性核聚变能（IFE）的基本科学原理和可行性。

06

詹姆斯·韦布空间望远镜顺利入轨 首次传回照片

詹姆斯·韦布空间望远镜是由美国宇航局与欧洲空间局、加拿大航天局联合研究开发，是NASA建造的迄今最大、功能最强的空间望远镜，其主镜直径6.5米，由18片巨大六边形镜片构成；配有5层可展开的遮阳板，被认为是哈勃空间望远镜的“继任者”。

该望远镜于2021年12月25日从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，2022年1月24日顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点的运行轨道，并于7月12日正式公布了其拍摄的一批宇宙全彩色照片。

此后，韦布空间望远镜还拍摄到距离地球约280亿光年的最遥远恒星的新图像并首次在系外行星上明确探测到二氧化碳。据悉，韦布空间望远镜任务目标主要有4个方面：寻找135亿多年前的宇宙中诞生的第一批星系；研究星系演化的各阶段；观察恒星及行星系统的形成；测定包括太阳系行星系统在内的行星系统的物理、化学性质，并研究其他行星系统存在生命的可能性。

07

世界首台百亿亿次超级计算机打破速度纪录

5月31日，国际超算组织宣布，位于美国橡树岭国家实验室的超级计算机“前沿”在2022年国际超算Top500榜单中拔得头筹，成为现今世界上运行速度最快的超级计算机，算力高达每秒1.1百亿亿次，也是目前国际上公告的首台每秒能执行百亿亿次浮点运算的计算机。

据悉，普通笔记本电脑每秒只能进行几万亿次运算，而“前沿”的运行速度是其100多万倍。百亿亿次超级计算机也被称为E级超级计算机，每秒计算次数超过10¹⁸，它的研制占据了国际高端信息技术创新和竞争的制高点，可用于对气候变化、核聚变模型进行精确建模，有助于新药的研发以及加密技术破解，因此也将成为国家安全的重要工具。

08

猪蛋白角膜让人重见光明

长期以来，科学家一直在寻找可替代人类角膜的移植物。如今，瑞典林雪平大学和LinkoCare Life Sciences公司的研究人员通过提取猪胶原蛋白制成的人工角膜，成功使失明或视力受损的人恢复了视力，且手术两年后，患者没有严重并发症或副作用的报告。

相关研究8月11日发表于《自然-生物技术》。林雪平大学的Mehrdad Rafat和同事通过从猪皮中提取和纯化胶原蛋白，制造了一种柔韧有弹性的类似隐形眼镜的人工角膜。

在相关实验成功后，研究小组开始在志愿者中对人工角膜进行测试。在接受人工角膜移植后，每个人的视力都有所提高，其中有3名失明患者术后视力恢复到正常人水平。该研究结果有助于开发出一种符合人类植入物标准、可以大规模生产并储存长达两年的生物材料，从而惠及更多有视力问题的人。

09

人工智能加速“原创”新蛋白质设计

随着人工智能（AI）的巨大进步，美国西雅图华盛顿大学（UW）生物化学家David Baker领导的一个团队，只需几秒钟便可以设计出“原创”新蛋白质。相关研究发表于9月15日出版的《科学》。

最初，研究人员构想出一种新蛋白质的形状——通常是将其他蛋白质的片段拼凑在一起，然后由软件推导出与该形状对应的氨基酸序列。但在实验室中制作这些“草稿”蛋白质时很少能折叠成所需的形状，相反，它们最终被卡在不同的状态。

而通过调整蛋白质结构预测软件AlphaFold和其他AI程序，这一耗时的步骤可以瞬间完成。在Baker团队开发的一种名为“幻觉”的方法中，研究人员将随机的氨基酸序列输入结构预测网络；根据网络的预测，改变其结构，使之变得更像蛋白质。

10

科学家发现“四中子态”存在最明确证据

由数十个国家的科学家组成的联合团队发现了迄今“四中子态”（tetraneutron）奇异物质存在的最明确证据，相关论文6月22日发表于《自然》。20年前，科学家意外发现了一种奇异物质“四中子态”的存在迹象，该物质由4个中子组成。

此次，国际联合团队找到了迄今“四中子态”存在的最明确证据。德国慕尼黑工业大学Roman Gernhauser等研究人员利用不同的粒子碰撞，制造出平常多出4个中子的氦原子，然后与质子碰撞，在碰撞后，只剩下四个中子，并且可以结合成一个“四中子态”。

该实验旨在抑制可能干扰或被误认为是产生“四中子”的每一个反应，因此他们以无与伦比的精度测量了缺失的能量。通过追踪缺失的能量，他们推断出“四中子”形成的时间非常短暂，仅有10^-22秒钟。据悉，这一发现将有助于物理学家对核力本质的理论进行微调。