2021

年度中国科学十大进展

前言Introduction 2021

“天问一号”落火、“天和”成功发射、二氧化碳到淀粉实

现人工合成……2021年，这10项重大科技进展从310项推荐的

科学研究进展中“过关斩将”，并经3500余位知名专家学者

进行网上投票，最终脱颖而出，成为2021年度中国科学十大

进展，由科学技术部高技术研究发展中心于2022年2月28日发

布。

科学发现灿若星辰，它们缘何最闪亮？让我们来一看究竟。

3

年度中国科学十大进展

进展二

中国空间站天和核心舱成功发

射，神舟十二号、十三号载人

飞船成功发射并与天和核心舱

成功完成对接

进展四

嫦娥五号月球样品揭示月球演

化奥秘

进展一

火星探测任务天问一号探测器

成功着陆火星

进展三

从二氧化碳到淀粉的人工合成

进展五

揭示SARS-CoV-2逃逸抗病毒

药物机制

4

年度中国科学十大进展

进展七

实现高性能纤维锂离子电池规

模化制备

进展九

自供电软机器人成功挑战马里

亚纳海沟

进展六

FAST捕获世界最大快速射电暴

样本

进展八

可编程二维62比特超导处理器

“祖冲之号”的量子行走 进展十

揭示鸟类迁徙路线成因和长距

离迁徙关键基因

火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星

进展一

6 进展一

天问一号探测器着陆火星，是我国首次实现地外行星着陆，迈出了我国星际探测征程的重要一步，实现了从地月系到行星际的跨

越，在火星上首次留下中国人的印迹，使我国成为第二个成功着陆火星的国家，是我国航天事业发展的又一具有里程碑意义的进

展。

入选理由

我国首次火星探测任务

着陆火星取得成功。建

立了设计迭代改进流程

和多学科综合优化方法，

提高了系统应对故障工

况和进入条件极限拉偏

下的安全着陆能力。

火星探测任务天问一号

探测器成功着陆火星

中国空间站天和核心舱成功发射，神舟十二号、十三号

载人飞船成功发射并与天和核心舱成功完成对接

进展二

进展二 8

中国空间站天和核心舱成功发射，神舟十二号、十三号

载人飞船成功发射并与天和核心舱成功完成对接

入选理由：天和核心舱发射成功，标志着我国空间站建造进入全面实施

阶段，为后续任务展开奠定了坚实基础。我国的载人航天飞船脱离试验阶

段，开始实现太空往返常态化，标志着我国正式进入太空站时代。

10月16日，神舟十三号载人飞船发射成功，并采用自主

快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口，顺利

将翟志刚、王亚平、叶光富3位航天员送入太空，实现了

我国载人飞船在太空的首次径向交会对接。

从二氧化碳到淀粉的人工合成

进展三

10 进展三

入选理由：解决了计算机途径热力学匹配、代谢流平衡以及副产品抑制等问题，克服了人工途径组装

与级联反应进化等难题，实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成。

中国科学院天津工业生物技术研究所马延和等报

道了由11步核心反应组成的人工淀粉合成途径

（简称ASAP），该途径在实验室实现了从二氧化

碳和氢气到淀粉分子的人工全合成。

在氢气驱动下ASAP将二氧化碳转化为淀粉分子的

速度比玉米淀粉合成速度高8.5倍；ASAP淀粉合

成的理论能量转化效率为7%，是玉米等农作物的

3.5倍，并可实现直链和支链淀粉的可控合成。

从二氧化碳到淀粉的人工合成

嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘

进展四

12 进展四

中国科学院地质与地球物理研究所李献华、杨蔚、胡森、林杨挺和

中国科学院国家天文台李春来等利用过去十多年来建立的超高空间

分辨率的定年和同位素分析技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩进行

了精确的年代学、岩石地球化学及岩浆水含量的研究。

嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘

◼ 入选理由：这一结果为撞击坑定年提供了关

键锚点，将大幅提高内太阳系星体表面撞击

坑定年的精度。研究还揭示嫦娥五号玄武岩

的月幔源区并不富含放射性生热元素和水，

排除了放射性元素提供热源，或富含水降低

熔点两种月幔熔融机制，对未来的月球探测

和研究提出了新的方向。

揭示SARS-CoV-2逃逸抗病毒药物机制

进展五

14 进展五

入选理由

揭示SARS

-CoV

-

2逃逸抗

病毒药物机制

清华大学娄智勇、饶子和与上海

科技大学高岩等发现并重构了病

毒“加帽中间态复合

体”“mRNA加帽复合体”和

“错配校正复合体”，并阐明其

工作机制。揭示了新冠病毒转录

复制机器的完整组成形式；发现

病毒聚合酶的核苷转移酶结构域

是催化mRNA“加帽”成熟的关

键酶，明确了帽结构的合成过程。

FAST捕获世界最大快速射电暴样本

进展六

16 进展六

快速射电暴（FRB）是无线电波段宇宙最明亮

的爆发现象。该研究首次展现了FRB的完整能

谱，深入揭示了FRB的基础物理机制。

入选理由：

FAST捕获世界最大快速射电暴样本

实现高性能纤维锂离子电池规模化制备

进展七

进展七 18

如何通过设计新结构（如创建纤维锂离子电池）满足电子产品

高度集成化和柔性化发展要求，是锂离子电池领域面临的重大

挑战。复旦大学彭慧胜、陈培宁等发现纤维锂离子电池内阻与

长度之间独特的双曲余切函数关系，即内阻随长度增加并不增

大，反而先下降后趋于稳定。

入选理由

在此理论指导下构建的纤维锂离子电池具有优异且稳定的电化学性能，能量密度较过

去提升了近2个数量级，弯折10万次后容量保持率超过80%；建立的世界上首条纤维

锂离子电池生产线，实现了其规模化连续制备；编织集成得到的纤维锂离子电池系统，

电化学性能与商业锂离子电池相当，而稳定性和安全性更加优异。

实现高性能纤维锂离子电池规模化制备

可编程二维62比特超导处理器“祖冲之号”的量子行走

进展八

进展八 20

可编程二维62比特超导处理器“祖冲之号”的

量子行走

入选理由：该工作是世界范围内公开发表的首个比特数超过60的超

导量子计算领域的成果，为研制祖冲之二号、实现“量子计算优越

性”奠定了基础。

中国科学技术大学朱晓波、潘建伟等通过研发兼容平面工

艺的三维引线技术，实现了量子比特结构从一维向二维的

拓展，设计并制作了一个由62个比特组成的8×8的二维结

构超导量子比特阵列，构建了“祖冲之号”量子计算原型

机，并通过该装置演示高保真的单粒子和双粒子连续时间

量子行走。

自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟

进展九

22 进展九

该研究大幅降低了深海机器人的重量及经济成本，推动了软体机器人在深海工程领域的应用。

入选理由

所研制的自供电软机器

人成功挑战马里亚纳海

沟，实现了10900米海

底深潜和驱动，在南海

海平面以下3224米实现

深海航行。

自供电软机器人成功挑

战马里亚纳海沟

揭示鸟类迁徙路线成因和长距离迁徙关键基因

进展十

进展十 24

入选理由

揭示鸟类迁徙路线成因和

长距离迁徙关键基因

入选理由：“迁徙生物如何发

现其迁徙路线”一直是社会和

学术界广泛关注的议题，也是 《科学》杂志提出的125个最

具挑战性科学问题之一。该研

究结合遥感卫星追踪、基因组

学、神经生物学等研究手段，

通过多学科整合分析方法阐明

了鸟类迁徙路线变迁成因和遗

传基础。

2021

谢谢欣赏

2021年度中国科学十大进展