“万米的海底,妙不可言。”
2020年11月10日8时许,马里亚纳海沟,10909米的“深渊”之中,传来中国声音。
这是全世界的观众第一次通过电视直播听到来自这片神秘深海的声音。
万里之外的北京,中国科学院声学研究所的办公室里,研究员朱敏看着屏幕里的直播画面,兴奋地握紧了拳头。
我国自主研发的全海深载人潜水器“奋斗者”号,以10909米的深度,成功坐底马里亚纳海沟,创造了中国载人深潜的新纪录。
新纪录,令朱敏兴奋,那句清晰的深海问候,更令他自豪。正是朱敏团队研制的全海深水声通信机、地形地貌探测声呐、多波束前视声呐、避碰声呐等关键设备,确保了“奋斗者”号安全平稳行驶于大洋底部,从万米深渊传声传影。
“我们的声学系统实现了完全国产化,中国的深潜器可以前往全球任何海区。”朱敏骄傲地说。
海洋,占地球表面积约71%,但人类对于深海未知世界的探索远未穷尽。
下潜!下潜!下潜!虽然艰难,但总有勇敢的人类执著坚持。
涉浅水者见鱼虾,入深水者见蛟龙。
朱敏与深海结缘,正是从“蛟龙”开始。
2002年,科技部启动“蛟龙”号载人深潜器的设计、研制。朱敏担纲“蛟龙”号副总设计师、声学系统负责人。
在陆地上行车,人们有导航帮忙,但在深海之中,海水会阻碍电磁波远距离传播,信号失效。因此,潜水器导航通信只能通过声波:水声通信联络母船、定位声呐提供位置,多普勒测速仪测量行驶速度,前视成像声呐探测前方的目标和海底地貌,避碰声呐实时监测周围障碍物,提供“路况”。
在国外,潜水器声学系统属于最高核心技术,合作免谈。“蛟龙”探路,唯有自主创新。
从2009年到2012年,“蛟龙”号做了4次海试。惊心动魄。
6000米海试时,“蛟龙”号声学数字通信系统意外中断。朱敏当机立断,回收检查声学吊阵,发现是由于拖曳电缆破损进水导致的短路。团队立刻将进水的电缆截断,重新加工连接头,最终确保了“蛟龙”入海,2012年6月,“蛟龙”号创造下潜7062米的中国载人深潜纪录。
此时,中国科学家面前,还有一片未知深渊——马里亚纳海沟。
马里亚纳海沟,位于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋底,全长2550千米,最深处达11000米,是人类已知的海洋最深处,号称地球第四级。
2016年,作为“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项的核心研制任务,“奋斗者”号全海深载人潜水器立项,目标就是挑战马里亚纳海沟的万米深渊。
“奋斗者”号之前,人类曾两次抵达马里亚纳海沟,但仅仅只是抵达。而“奋斗者”号要比抵达做得更多。
海洋中深度大于6000米的海域被称为“深渊”,深潜万米,意味着“奋斗者”号需要承载112兆帕的水压,相当于几千头大象踩在一个人的后背上。
“蛟龙”号的主要耐压壳体钛合金舱,还依赖国外技术加工制造。中国船舶集团702所牵头,协调国内数十家科研单位,经过上千次测试,一举拿下核心技术,为“奋斗者”号研发了高强高韧钛合金外壳。
能够抗压,可如何行进呢?潜水器如何才能够保持与母船的稳定的通信联络?数据如何可靠上传至母船?难题,又摆在了朱敏团队的面前。
经历了“蛟龙”的考验,朱敏和同事们研制的水声通信系统已经越来越稳定,可以帮助潜水器自万米海底,将文字、语音、图像实时传输到海面母船。为了确保“奋斗者”号能够在海底安全运行,朱敏团队给“奋斗者”号一共安装了17个声学设备,可以实现百米范围内的全方位精准感知。
2020年10月10日,马里亚纳海域。母船就位,“奋斗者”号第一次缓缓入海。绿白相间的躯壳消失在表层海面。声学多普勒测速仪、定位声呐、惯性导航等声学设备稳定运行,下潜、上浮,在此后的一个多月里,“奋斗者”号一共跑了13个“来回”,其中8次突破万米,所有声学设备表现令人满意。
11月10日,“奋斗者”号成功坐底10909米,在海底停留了6个小时,进行一系列的深海探测科考,并在深海中完成与水面的通话。
11月16日,借助组合导航系统和声呐设备,“奋斗者”号潜航员仅用了半小时便成功取回了此前布放在万米海底的3个水下取样器,实现“海底捞针”。
2020年11月28日,“奋斗者”号胜利返航。习近平总书记发来贺信,向所有致力于深海装备研发、深渊科学研究的科研工作者致以诚挚的问候。
习近平总书记在2021年新年贺词中提到了“奋斗者”号所取得的重大突破,这让朱敏十分振奋。
磨砺始得玉成。朱敏愿意与“奋斗者”号一起,再攀深海科技高峰,为加快建设海洋强国的梦想,为人类认识、保护、开发海洋,努力奋斗。(张航)
圆梦在路上
守护好农业之“芯”
2021年5月的一天,一辆越野车驶出湖南省长沙市,一路向东,出湘江平原,再沿着浏阳河逆流而上,扎进群山。
颠簸的车内,58岁的李立会,望着窗外飞速掠过的稻田出神,他期盼着这次进山能找到一些新的种子,“每一粒种,都隐藏着农作物的基因‘芯片’——种质,这是祖先留下的宝贵资源。”
李立会是中国农业科学院作物科学研究所作物种质资源中心主任,每次离京出差,工作再忙,他也会抽时间往偏远的山沟里跑一跑,希望能多找到一些农作物地方品种。
为何这么急?因为守护种质资源已成为一场与时间的赛跑。现代农业追求高产,在遗传改良种子面前,原生地方农作物种子正在消失。以水稻为例,新中国成立之初还有4万多个地方品种,目前最新调查反馈已不足1000个。
中国农业科学院的科学家们一直在抢救搜集这些宝贵的种质资源,以留给子孙后代。
1983年,雅鲁藏布江大拐弯处墨脱、波密的许多地方,还尚未通公路,农科院种质资源考察队徒步科考,带回了当地的农作物种子。
当时,李立会还是西北农学院(现西北农林科技大学)的一名学生,立志要培育出更多高产的粮食作物,为乡亲们吃饱肚子奋斗。两年后,他大学毕业,分配到中国农业科学院作物品种资源研究所,师从我国作物种质资源奠基者董玉琛,从事小麦种质资源研究,一干30余年。
车子,记不清翻过了几道梁,来到湘东丘陵一个名叫新河的山村。在这里,李立会有了收获。村民陈永华搬出20多种珍藏多年的种子:有放在饮料瓶里的豆子、放在编织袋里的谷子……“我娘去世前让我一定留好这些种子,她说,这是庄稼人的命根子。”陈永华声音哽咽。
李立会肃然起敬,双手接过种子,在农民看来,留种,就是留命;种子的传承,就是家的延续。李立会觉得双手沉甸甸的,因为他捧着的是一份责任。
新河村往北1000多公里,北京海淀区学院南路,建起了国家作物种质库。从新河村收获的种子,就放在这里。种质库常年恒温-18℃,种子至少可以保存50年。
目前,种质库中已收集了52万份种质资源,包括散落民间的农家种、自生自灭的野生种。作物种质资源中心研究员辛霞很自豪,因为52万份种质中,80%以上已经无法在原收集地找到,这意味着种质库是这些物种延续生命力的唯一机会。“这是一项伟大的事业。”辛霞说。
种质库中的每份种子保存满10年后,工作人员会随机抽取大约200粒种子,进行发芽检测,如果发芽率低于最早入库检测时的85%,则需要重新繁育更新。“就是要确保每一份种子都能世代繁衍,随时有种子,随时有好种子。”辛霞说。
有一份收集自云南省遮放镇一带的地方水稻品种,叫“毫秕”。这种稻米做出来的米饭香软,冷不回生,曾是皇家贡米。但由于种种客观条件,这种稻米绝种40余年。
前几年,云南当地联系国家种质库,将“毫秕”引种再繁育,如今已经成为优质稻米品牌,年产值达4.62亿元,实现农民年增收2.88亿元。“如果当年我们没有把它收进来保存好,它可能就已经绝种了。”辛霞说。
农科院的一代代科研人持之以恒贮好种,守护好农业之“芯”,正是为了让中国人端牢饭碗。
2017年5月26日,习近平总书记向中国农业科学院发来贺信,鼓励广大科研人员立足我国国情,遵循农业科技规律,加快创新步伐。党的十九大报告又再次部署,确保国家粮食安全,把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。
目前,农科院科学家们带领的第三次全国农作物种质资源普查正在进行。在中国农科院作物科学研究所,一座建筑面积超过2万平方米的大楼已经拔地而起。这是新的国家作物种质库,包括可容纳150万种质资源的低温库,以及试管苗库、超低温库、DNA库,全方位覆盖种质资源的各种形态。“-18℃低温,零下上百摄氏度超低温,各种贮存条件这里都具备。”工程人员自豪地说。
巨型库房的进门大厅,有一幅足足4层楼高的木板装饰画,上面镶嵌着一片片葱绿、金黄的嫩叶。工作人员说,这幅画的主题是:中国碗装中国粮。(张航)
奋斗者
“6711”先生
中国科学院院士、北京量子信息科学研究院院长、北京市突出贡献中关村奖获得者,研究深奥的量子科学,与团队的发现被赞为诺贝尔奖级别……薛其坤的学术履历,十分耀眼。
这样的科学家,应该一直是“学霸”吧?其实,薛其坤的求学之路,并非一帆风顺。
1984年,薛其坤大学毕业,两次考研,两次失败,一次数学考了39分,一次物理考了39分。1987年,一心求学的薛其坤再上考场,终于考取中科院物理所研究生。赴日本留学时,又因为口语差,学习非常困难,他几乎崩溃。
薛其坤坚信勤能补拙,他不遗余力,全力以赴,挺过一个又一个“艰难时刻”。
在物理所,薛其坤从修仪器做起,实验室每一套设备,每一个主要零部件,他都摸个遍,熟悉到听声音就知道哪里出了问题。
在日本留学期间,薛其坤被称为“6711”先生——每周工作6天,每天早上7时到实验室,夜里11时离开。8年下来,日本同行都记住了这位来自中国的“拼命三郎”。
求学艰难,但被薛其坤视为最宝贵的财富,正因为这份磨炼与积累,才有了后来的高质量科研。
量子科学,属前沿科学,世界各国的科学家都在发力。通常情况下,材料中电子的运动轨迹高度无序,产生发热、消耗能量等现象。在量子霍尔效应中,通过外加磁场,电子运动变得高度有序,互不干扰,犹如“电子高速公路”。
2012年12月8日,在清华大学实验室里,薛其坤团队发现:无需外加磁场,电子也跑上了“高速公路”。这就是量子反常霍尔效应。这一革命性发现,将推动新一代超低能耗晶体管和电子学器件的发展,甚至可能加速推进全球信息技术革命的进程。2013年3月15日,这一成果在全球顶级学术期刊《科学》上发表,诺贝尔奖获得者杨振宁说,这是第一次从中国实验室里发表诺贝尔奖级的物理学论文。
2017年,薛其坤受邀参与筹建北京量子信息科学研究院,面对筹建初期的重重挑战,薛其坤从不抱怨,就像当年求学时一样,不遗余力,全力以赴,逐一“破局”,“祖国发展前沿科学,需要专门研发机构,作为一名共产党员,我责无旁贷。”
如今,量子院已初成规模,高质量科研成果不断涌现:2019年,薛其坤团队发现实现量子反常霍尔效应的全新材料,将量子反常霍尔效应的观测温度提高了足足1000倍。
2020年,量子院研究员、清华大学教授龙桂鲁成功研制出国际上第一台具有实用价值的样机,推动了量子直接通信的实用化发展。
薛其坤感恩这个时代,“没有国家的发展,就没有我们科学家走向世界科学舞台的机会”。
2020年11月,薛其坤到南方科技大学担任校长。在这里,他最热衷的一件事,就是走进教室和实验室,与青年科研工作者、大学生交流,他时常说,青年人要为国家实现科技自立自强、建设科技强国发挥更大的作用,“在科研过程中不遗余力,精益求精、追求极致,才能养成严谨求实的科学作风,才能享受到科研和探索自然界奥妙的乐趣”。
“我愿把一生都奉献给量子科研事业。”薛其坤说,期待能有更多的优秀年轻人加入其中。(张航)
圆梦大事记
●1988年 首座高能加速器对撞
1988年10月16日,我国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功。邓小平在视察正负电子对撞机工程时指出,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。
●2012年6月“蛟龙”号深潜
2012年6月24日,“蛟龙”号潜水器成功在7020米深海底坐底,首次突破7000米大关。作为拥有自主知识产权的第一台深海载人潜水器,“蛟龙”号的重大突破,体现了我国在深海技术领域的重大进步。
●2013年 观测量子反常霍尔效应
2013年,清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队首次观测到量子反常霍尔效应。
●2015年11月 国产大飞机下线
2015年11月2日,我国自主研制的C919大型客机总装下线。2017年5月5日,C919大型客机首飞成功。这意味着我国成为世界上少数几个拥有研制大型客机能力的国家。
●2017年 试采海域天然气水合物
2017年5月18日,南海神狐海域天然气水合物试采成功,我国成为世界上首个成功试采海域天然气水合物的国家。
●2018年 南极罗斯海新站奠基
2018年2月7日,中国第五个南极科考站——罗斯海新站在恩克斯堡岛正式选址奠基。建成后,该站将成为我国“功能完整、设备先进、低碳环保、安全可靠、国际领先、人文创新”的现代化南极考察站。
●2018年 发现马约拉纳任意子
2018年,中国科学院物理研究所首次在超导块体中发现马约拉纳任意子。
●2020年11月“奋斗者”号潜海
2020年11月10日,我国自主研发的全海深载人潜水器“奋斗者”号坐底马里亚纳海沟,创造中国载人深潜新纪录。
●2021年3月 建设国际科创中心
2021年3月,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》公布,明确提出支持北京、上海、粤港澳大湾区形成国际科技创新中心,建设北京怀柔、上海张江、大湾区、安徽合肥综合性国家科学中心。
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