2018年度國家科學技術大獎放出，讀懂背后的江蘇科技力量

冉浩 白玉磊

2019年1月8日，2018年度國家科學技術獎勵大會在北京舉行。大會對我國2018年的科學技術進步進行了總結，共評選出了285個項目（人選）。其中，國家自然科學獎38項，國家技術發明獎67項，國家科學技術進步獎173項。此外，中華人民共和國國際科學技術合作獎授予簡迪安米勒等5人。最重量級獎項——國家最高科學技術獎，授予了哈爾濱工業大學劉永坦院士和中國人民解放軍陸軍工程大學錢七虎院士。而且，這次江蘇的表現依然亮眼，得獎數量雄踞各省頭把交椅。讓我們一起來盤點一下吧。

【國家最高科學技術獎得主風采】

劉永坦院士：讓海防雷達看得更遠

雷達，是一個音譯的名詞，它來自英文單詞“Radar”，它的含義是“無線電探測和測距”。雷達的原理似乎并不復雜，發出的無線電波被物體反射回來，然后據此來獲取目標的大小、位置、運動軌跡等信息。然而，實現起來并不容易，特別在現在的技術條件下，普通型號的雷達是無法完全滿足國防需求的。為此，中國科學院院士、中國工程院院士劉永坦領導的團隊，開發出了一系列新體制雷達。

無線電波是直線傳播的，而地球是圓的，地平線會遮擋另一側的物體，因此要想探測得遠，就只有盡可能把雷達建造得高一些。這在陸地上還好辦，但如果是監測海洋國土，那就力不從心了。高頻地波超視距雷達改變了這一狀況。它利用高頻電磁波在導電海洋表面傳播時衰減較小的特點，發送特定波段，讓電磁波“貼著海面”前進，探測距離可達200～400千米，是傳統雷達的好幾倍。與此同時，它還可以有效地發現超低空飛行的飛機和巡航導彈。這其中涉及到了復雜的數據分析和處理技術，要知道，海面產生的各種背景干擾，要比空中多得多。高頻地波雷達也可與另一種新體制雷達——天波雷達聯合使用，對海監視距離擴展至近千千米，真正完成了海域全覆蓋。

正是有了以劉永坦院士為代表的一批雷達專家，我國才構建起了天地海的立體雷達網絡，捍衛著祖國的疆域。

錢七虎院士：國家堅盾的鑄造者

矛與盾，是世間永恒的話題。如果說武器是國家的矛，那防護工程就是國家的盾，中國工程院院士錢七虎則是國家堅盾的鑄造者。他是國際巖石力學的頂級專家，是中國現代防護工程理論的奠基人，同時，也是中國防護工程學科和人才培養體系的創造者。

從20世紀五六十年代開始，我國就面臨著核打擊的威脅。錢七虎扛起了鑄就我國防護工程的重任。他使用先進的計算理論和設備，成功設計出當時國內跨度最大、抗力最高的飛機洞庫防護門，創造性地提出了建設深地下防護工程的總體構想，構建出了破碎區受限內摩擦模型等計算理論和防護技術，為我國戰略工程安上了“金鐘罩”?！拔覀兊姆雷o工程就是要抗擊炮彈、炸彈、原子彈、氫彈打擊，抗擊它的是國防人防工程?！薄拔覀兊姆雷o工程不僅能防當代的，也能防未來可能的敵戰略武器打擊，什么鉆地彈來了都不怕?！边@不僅是一位科學家的豪氣，更是一個國家的底氣。

和平年代，錢七虎仍以耄耋之軀，肩挑國家重任，南水北調、西氣東輸、能源儲備、地下工程、港珠澳大橋，總能看到他的身影。1992年，他在珠海主持定向爆破炮臺山，1.2萬噸炸藥在38秒內分33批精確起爆，至今仍保持世界最大爆炸當量的爆破紀錄。2008年，他主導建成南京長江隧道盾構，隧道全長6042米，助力成就“萬里長江第一隧”。2017年，他發現港珠澳大橋沉管隧道合龍中的計算錯誤問題，帶領團隊重新計算、提出建議，確保這一世界最大的沉管隧道安裝成功。他還進行了城市地上地下空間一體化規劃的理論體系和實踐探索，先后參與組織編制了20多個重點設防城市的地下空間規劃。他的人防理念，事實上已經滲透到居民住宅、地鐵線路等，和我們很多人每天的生活息息相關。

【必須要說的國家自然科學獎—等獎】

實驗室里做出來的“諾獎級成果”

在本次大會上，清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤主持完成的“量子反?；魻栃膶嶒灠l現”項目，獲得了唯一的國家自然科學獎一等獎。

在凝聚態物理領域，量子霍爾效應是一個非常重要的研究方向。你一定注意過這樣的現象，在我們使用計算機、手機的時候，會遇到發熱、能量損耗和變慢等問題。這是因為在常態下，電路中的電子在運動的時候沒有固定的軌跡，會發生各種碰撞，從而產生能量的損耗。

而量子霍爾效應則可以為電子們制定規則，讓它們在各自的跑道上筆直前進，這就好比把熙熙攘攘的商業街變成了各行其道的高速公路，其對設備的優化作用是不言而喻的。然而，要實現量子霍爾效應的條件很苛刻，它需要非常強大的磁場，用于制造磁場的設備不僅龐大，而且相當昂貴。如果能不受限制地實現量子霍爾效應，該多好??！

這種不需要強磁場，甚至是零磁場下實現的“不一般的”量子霍爾效應，就被稱為量子反?；魻栃?。從1988年開始，無數物理學家投入其中，開始尋找實現量子反?；魻栃默F實可能。進入21世紀，美國斯坦福大學的張首晟教授領導的理論組成功地預言了二維拓撲絕緣體中的量子自旋霍爾效應，并于2008年指出了在磁性摻雜的拓撲絕緣體中實現量子反?；魻栃男路较?。2010年，我國理論物理學家方忠、戴希等與張首晟教授合作，提出磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子反?；魻栃淖罴洋w系。這個方案引起了廣泛關注，多個世界一流的研究組沿著這個思路在實驗中尋找量子反?；魻栃?，但一直沒有取得突破。

而由清華大學薛其坤院士領銜，清華大學、中國科學院物理所和斯坦福大學研究人員聯合組成的團隊經過近4年的研究，最終利用分子束外延方法，制備出了高質量的拓撲絕緣體磁性薄膜，并在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反?；魻栃?。

這是中國科學家從實驗中獨立觀測到的一個重要物理現象，也是物理學領域基礎研究的一項重要科學發現。它是一項里程碑式的工作，諾貝爾物理學獎得主楊振寧教授評價其為“諾貝爾獎級的發現”。

【江蘇獲獎項目解讀】

大獎背后的江蘇科技力量

在本次大會上，江蘇共在50項通用項目中獲獎，包括自然科學獎5項、技術發明獎8項、科技進步獎37項。讓我們盤點其中的一些獎項，一起來解讀一下它們和我們生活之間的關系。

為山川大地安上“神經系統”

名稱：地質工程分布式光纖監測關鍵技術及其應用

獎項：國家科學技術進步獎一等獎

我國是一個地形多樣、地質災害多發的國家，但是在地質監測方面還存在很多不足。南京大學主持完成的這一項目在地質工程災害機理和理論判據方面取得了新突破，該項目以光纖為基礎，可以在整個監控系統內多點、散布傳感器，讓一根頭發絲粗細的光纖，根據不同地質環境和多場監測要求，穿上各種“定制的外衣”，變成敏感的“大地感知神經”，使得大地一有災害異動，監測系統就能立刻發現目標，精準預警。項目研制的30余種傳感光纜，全部屬于原創性成果，為地質工程監測提供了堅韌而敏感的“神經”。

經鑒定，這一項目已達到國際先進水平，目前已有40多種產品推向市場，并在南水北調、三峽庫區、錦屏電站、青藏鐵路、故宮城臺、長三角地區地面沉降等200多個項目中得到應用，取得了良好的社會和經濟效益，部分產品還出口英國、美國、意大利、馬來西亞等國家。

讓材料也可以被編程

名稱：新型微波超材料對空間波和表面等離激元波的自由調控或實時調控

獎項：國家自然科學獎二等獎

超材料是具有特殊性質的人造材料，這些材料是自然界中沒有的，我們可以通過設計材料的微觀結構來定制它的性質，從而得到全新的物理現象或材料性質。這是一個新的研究熱點，代表著未來科技的發展方向。近年來，超材料領域內取得了一些進展，但仍存在一些瓶頸問題。

東南大學崔鐵軍教授團隊利用數字對超材料進行編碼，實現了對電磁波（含光波）的實時控制，構建了數字編碼和現場可編程材料的新體系，開創了光學研究和應用的新領域。該成果在2016年被《中國激光》評選為“全球光學十大科研突破”，實現了我國科學家在超材料領域從跟跑到并跑、再到局部領跑的變化。解碼癌癥發病的基因機制名稱：中國人群肺癌遺傳易感新機制獎項：國家自然科學獎二等獎

據統計，每年我國肺癌的發病人數超過70萬，死亡人數超過60萬，發病和死亡數均位居所有腫瘤疾病的首位。圍繞著中國人群肺癌遺傳易感機制，南京醫科大學沈洪兵教授團隊開展了中國唯一、亞洲最大的大樣本多中心肺癌易感基因組學研究，收集9700余例肺癌病例和超過1萬例的對照，應用高密度全基因組芯片和系統的生物信息學分析，首次建立了我國人群肺癌分子遺傳圖譜。

該項目新發現了21個肺癌易感基因及兩種遺傳易感模式，且與歐美的高加索裔人群存在種族差異;發現肺癌易感基因MHC和CTLA-4變異調控T細胞活化，揭示了T細胞活化影響腫瘤易感性的共同遺傳學機制;發現了遺傳變異調控miRNA表達與成熟影響肺癌發生發展的機制，建立了肺癌早期診斷與預后預測新方法，為推動我國腫瘤精準防治作出了突出貢獻。

從量子層面解讀摩擦

名稱：摩擦界面的聲子傳遞理論與能量耗散模型

獎項：國家自然科學獎二等獎

摩擦發熱以及熱量傳遞，是物理學中最普遍的現象之一，全世界三分之一的一次性能源消耗來自摩擦過程。因此，了解摩擦原理、控制摩擦，對提高機械效率、節約能源具有重要意義。而摩擦界面的性質，不僅決定摩擦系數的大小，同樣也決定熱傳遞的效率。聲子，是固體理論的重要概念，用來描述晶格的簡諧振動，它不是一個真正的粒子，但屬于玻色子，它可以產生和消滅，有相互作用的聲子數量并不守恒。

東南大學陳云飛教授團隊的研究，給出了原子尺度下摩擦的耗能模型，發現了摩擦耗能與聲子主導的頻率之間的定量關系，在國際上最先給出多層膜導熱系數最小值出現的條件，成為國際同行尋找多層膜導熱系數最小值的一個通用方法。陳云飛教授團隊的發現將為工程上實現摩擦系數和導熱系數的主動調控提供可能。

助推國家高超聲速飛行器

名稱：新型發動機非常規排氣系統設計方法及關鍵技術

獎項：國家科技進步獎二等獎

排氣系統是航空航天推進器的重要組成部分，對其推進效率、工作范圍等均有重要影響。近年來，高超聲速成為航空航天的戰略發展方向和各國竟相研究的熱點，作為高超聲速飛行器發動機的關鍵部件，排氣系統所面臨的特殊難題逐漸顯現。

針對這一排氣系統設計難題，南京航空航天大學徐驚雷教授團隊在國家相關科技工程以及國家自然科學基金等的大力支持下，經過18年的基礎研究和關鍵技術攻關，終于突破了系列關鍵技術難題，創新性地提出了多種復雜三維非對稱噴管型面的設計方法，并解決了全速域飛行器所必需的組合循環發動機排氣系統關鍵技術。該成果具有重要的科學研究和國防應用價值。

除了以上這些，江蘇值得一提的獲獎項目還有很多，如東南大學的“城市多模式公交網絡協同設計與智能服務關鍵技術及應用”、南京航空航天大學的“動態系統故障診斷與可靠容錯控制”、國網江蘇省電力有限公司的“國家工頻高電壓全系列基礎標準裝置關鍵技術與工程應用”等，都已經或將要在我們的國防、生產和生活中發揮重要的作用。