提问题 提出问题是取得科技突破的关键一步——解读2020重大科学问题和工程技术难题

光明日报记者詹源

“提出重大科学问题和工程技术问题，判断其轻重缓急，是科学发现和技术创新的出发点和动力源泉。也是解决问题、解决难题、实现科技突破的关键一步。”在8月15日举行的中国科协年会闭幕式上，中国科协发布了2020年《重大科学问题与工程技术问题》。作为一项有18800名院士、专家和一线科技工作者参加的评选活动，中国科协学术部部长刘兴坪阐述了今年这些问题的特点、连续三年出版的科研和社会影响，以及今后如何解决这些问题。

它与国家乃至人类的发展息息相关

记者:重大科学问题和重大工程问题连续三年发表。与往年相比，今年有什么特点？

刘兴坪:主要科学问题和工程技术问题的收集范围比前几年更广，有96个国家协会、3个协会协会和4个企业科学和技术协会参加，2018年覆盖超过69个国家协会，2019年覆盖81个国家协会。与此同时，国际合作机制已经初步建立。中国航空空学会、中国创意学会联合会、中国岩石力学与工程学会等全国性学会与世界自然基金会、荷兰航天研究院、国际地质灾害与减灾学会、国际岩石学会、国际岩石力学与岩石工程学会等国际组织和全国性组织联手，共同提交了几个问题和难点。

为保证问题和难点提交质量，今年征集阶段首次邀请院士提问，动员科技界参与。在今年的网络初评阶段，共有18864名科技工作者参加投票，其中海外科技工作者432人，实名投票50346票，较往年大幅增加。

值得注意的是，今年精选的前沿科学问题“冠状病毒跨物种传播的生态机制是什么”，从初选开始就引起了科学家和技术人员的关注。这个问题的最终选择表明，这些问题也是社会发展中迫切需要解决的现实问题。科技工作者关注的焦点也与社会发展密切相关，也与国家乃至人类的发展密切相关。这也说明这项活动具有重要的现实意义。

研究前沿趋势，优化热爱科学的环境

记者:中国科协发布重大科学问题和重大工程问题以来，发生了哪些科研和社会影响？

刘兴坪:在2020年重大科学问题和工程技术问题发布会上，收集了103个国家学会提交的490个问题，有18800名院士、专家和一线科技工作者参加。

中国科协一贯坚持尊重科学家对科学前沿的敏感性和探索精神，重视跨境学术交流在培育创新中的积极作用，团结和引导科技工作者科学判断前沿趋势，识别重大问题。我们每年的出版活动吸引了广大科技工作者的注意力，并形成了广泛的影响。它们还使广大科技工作者能够更好地掌握世界科学技术的前沿和发展趋势，并指导他们围绕这些重大问题进行科学研究，从而为经济和社会的可持续发展作出贡献。

此外，为了加强对科技前沿进展和未来趋势的研究和判断，提出国家中长期科技发展规划，今年中国科协还组织了基础科学重大问题高级别研讨会，组织了中国数学学会、中国物理学会、中国化学学会、中国细胞生物学学会等11个与基础研究相关的全国性学会， 协调基础科学重大问题，推进科技体制机制创新，培养领军人才，形成一批战略共识。 这项工作也引起了教育、科技等许多相关主管部门的重视。他们了解重大科学问题和工程技术问题的细节，希望这次活动可以作为科技规划和中长期战略规划的参考。

这次出版活动也形成了学术、智库、科普相互融合、相互促进的良好局面。今年参与评选和关注的人数比往年增加了160%。全国50多所高校在微博和微信官方账号上进行了投票和信息交流，公众参与非常广泛。中国科协还以出版重大问题为契机，不断激发青少年对科学的兴趣，优化热爱科学的环境，促进高端科研资源的普及，促进公众对科学的理解和支持，营造强调、热爱和使用科学的环境。

它将继续促进解决科学研究问题

记者:在如何克服这些问题和困难方面，未来将做些什么？

刘兴坪:提出重大科学问题、工程问题和技术问题并确定其优先次序，是科学发现和技术创新的起点和动力源泉，也是解决问题的关键步骤。

自2018年中国科协发布重大科学问题和工程技术问题以来，中国科协通过组织学术交流、研讨会等形式不断推动克服这些问题。中国科协正在完善重大问题简明可持续智库机制建设。同时，在讨论国内重大问题的基础上，探索与国际科学界开放合作、与国际科技组织交流合作的机制，推动中国科学家深入参与全球科技治理。

中国科协还以“中国科技创新”建设为切入点，构建“三库一平台”，推进产学研协同网络和组织创新，促进科技与经济的深度融合和相互促进。

今年，中国科协组织出版了《面向未来的科学技术:2020年重大科学问题与工程技术难点解读》一书，主要是解读问题与难题的背景、国际发展趋势、分析可能的解决方案、预测未来发展前景。这本书可以帮助广大科技工作者更好地把握世界科学技术的前沿和发展趋势，激发年轻人对科学的兴趣，促进公众对科学的理解，提高公民的科学素质，培养更多的科技创新人才，为创新创造良好的环境。

众所周知，克服这些重大的科学和工程问题不是一天的工作。中国科协将继续发挥组织优势，团结带领更多科技工作者面向世界前沿，把握国家战略需要，锚定目标不放松，长期解决重大科学问题。

互连

前沿科学问题

●问题1:冠状病毒跨物种传播的生态机制是什么？

目前，新冠肺炎的肺炎正在全世界肆虐。病毒学家一再警告说，冠状病毒的跨物种传播是一个高概率事件。蝙蝠等野生动物携带冠状病毒的背景，以及野生动物如何突破生态和生理屏障进行跨物种传播和感染，在科学层面还不清楚。这个问题对于揭示冠状病毒跨物种传播机制，预防未来冠状病毒引起的流行具有重要意义。

●问题2:引力波将如何揭示宇宙的奥秘？

自2015年首次直接探测引力波以来，引力波迅速成为基础物理和天体物理国际前沿研究的热点。预计十几年后宇宙起源会有重大突破的历史机遇。引力波打开了观察宇宙的新窗口。通过观察宇宙中引力波源的产生和分布，有望解决广义相对论和粒子物理标准模型留下的深层次科学问题，从而加深对自然界的认识。

●问题3:地球物质是如何演化和循环的？

地球的物质主要分为岩石和矿物。由于缺乏大数据的综合分析，人们对地球历史上岩浆岩和变质岩的演化和旋回的认识模糊不清。利用大数据平台和地球深部大数据系统的综合分析，可以建立矿物演化过程与行星地质演化基本过程和特殊事件之间的关系，从矿物演化的角度阐明行星地球及其多层的演化规律和耦合关系，解决行星地球如何演化以及地球各层之间是否存在协同演化关系等基础科学问题。

●问题4:第五代核电系统会是什么样子？

2000年，由美国能源部发起的第四代核能系统国际论坛将核能发展分为四代。目前，对第五代核能系统的研究还处于探索和交流阶段，没有成熟的概念定义和目标定义，也很少谈论其实现路径。如果第五代核能系统的概念能够得到推广和最终实现，就可以创新核能发展理念、核能发展模式、核能应用理念，支持能源系统深度脱碳。引领世界核能创新，助推中国成为世界核能创新高地。

●问题5:特殊能量场辅助制造的科学原理是什么？

随着航空空航空航天、交通运输等领域对轻量化和安全性的不断需求，超高强度钢、轻合金、复合材料、金属间化合物等高强度材料被应用于复杂零部件。随着材料强度的提高，制造难度显著提高，成形缺陷更加难以控制。现有研究表明，特殊能量场辅助成形技术在改善高强度、难变形材料的制造问题方面具有巨大潜力。

●问题6:数字交通基础设施如何促进自主驾驶与道路的协调发展？

未来，自主车辆的大规模社会化运营将不可避免地出现，这将是运输系统的一次变革，道路运输系统将面临进化的挑战。至于支持自主驾驶社会化运营的新型道路基础设施研究，我国还处于起步阶段，没有现成的先进技术和经验可供国外借鉴，因此有必要将自主驾驶研究的支持重点转移到基础设施侧智能供给的研究和综合应用的研究上。

●问题7:中医调节人体免疫功能的机制是什么？

虽然免疫学的基础研究取得了显著的成绩，医学也有了突飞猛进的发展，但在许多疑难重症的防治方面仍显不足。系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、强直性脊柱炎等自身免疫性疾病仍然困扰着患者。这些重大疑难疾病的发生、发展和转归都与免疫密切相关。中药可以多层次、多靶点、多途径作用于机体，调节机体免疫功能，在疾病防治中具有重要的应用价值。

●问题8:植物无融合生殖的生物学基础是什么？

无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式，它可以使杂交品种产生克隆种子，并保持杂交后代的性状不分离，从而永久固定杂种优势。然而，由于无融合生殖机制的复杂性，尽管近一个世纪以来许多国家的科学家进行了努力，但其形成机制仍不清楚，尚未成功应用于作物育种。

●问题9:如何在不断变化的环境下优化中国水资源承载能力，实现健康的区域水平衡？

当前，我国生态文明建设进入加速和关键时期，对水资源的集约利用和严格保护提出了更高的要求。研究变化条件下的水资源承载力和水量平衡优化的科学问题，有利于加深对我国区域水循环要素及其演化规律的认识，完善水资源承载力的评价方法，明确水量平衡状态对水资源承载力的指标意义，明确许多水问题和生态环境问题的发生机制，从而为总结与水资源承载力相适应的经济社会发展和生态保护模式，有效保护和修复生态环境提供重要的理论和技术支持。

●问题10:如何建立虚拟结对的理论和技术基础，并进行示范应用？

虚拟结对是利用传感器、物联网、虚拟现实和人工智能等数字技术，对现实世界中物理实体和智能实体的特征、行为、形成过程和性能进行描述和建模的过程和方法，也称为虚拟结对技术。它基于数字孪生，但更侧重于智能实体或生命体的建模和仿真。如何实现制造物理世界与信息世界的互动和融合，是国内外智能制造理念和目标实践面临的核心瓶颈之一。

工程技术问题

●问题1:肿瘤治疗中如何开发新免疫细胞的新途径和新技术？

免疫细胞技术是人类彻底治愈肿瘤的希望，是全球前沿医学和资本追逐的热点领域之一。树突状细胞作为连接细胞免疫和体液免疫的关键节点细胞，能够动员整个免疫系统，抵抗病原体的入侵，促进肿瘤细胞的清除，成为新免疫细胞疗法的重点研究方向。新DC可扩展技术可以实现DC疫苗的标准化、批量化生产，显著降低制备成本，为更多癌症患者服务，具有明显的经济效益和社会效益。

●问题2:为什么水平起降组合动力航母一体化设计成为空天新的技术热点？

水平起降组合动力航母快速、廉价、可靠，可以成为一种低成本的天地之间的交通工具。水平起降组合动力载体一体化设计技术是支撑未来航天运输系统发展和应用的核心技术之一，也是未来先进航天运输系统的重要支撑技术之一。

●问题3:如何实现对主要农业入侵生物的前瞻性风险预警和即时控制？

农业害虫入侵不仅是简单的病虫害或动物疫病问题，入侵生物的发生和流行不仅危及食品安全和农业生产，造成巨大的直接经济损失，而且可能对人类健康构成日益严重甚至灾难性的威胁，对外交、经济和社会产生巨大影响。因此，从国际化和全球化的角度，从科学研究和专业技术方面，开展农业入侵生物跨境预警和防控技术合作的协同研究，将有效解决入侵生物源头控制和联合防控的关键技术问题，确保社会稳定和公共安全。

●问题4:信息化条件下国家重点基础设施如何防范重大电磁威胁？

一旦强电磁脉冲对金融、能源、电力等领域的关键信息基础设施产生影响，就可能导致交通中断、金融混乱、电力瘫痪等重大事故。开展这项研究对于保障关键基础设施的电磁安全、保护经济建设成果、增强关键基础设施的容灾能力和抗灾能力具有重要意义。

●问题5:硅光学技术能否促进光电子学和微电子学的融合？

信息光电芯片已成为“新数字基础设施”的核心和基石，也是全球信息和通信价值链的关键领域和建设网络强国的“国家重型武器”。硅基光电芯片技术不仅可以应用于芯片级光互连，还可以应用于长距离光纤通信，实现多功能、高兼容性的全功能光电集成。被公认为微电子和光电产业的发展方向。利用国内现有微电子产业资源和互补金属氧化物半导体制造平台，建立和完善硅光电产业链，可以有效提高我国信息光电的制造能力，缓解光电芯片制造过程中的“瓶颈”困境，为我国新的信息基础设施提供强有力的支撑。

●问题6:如何解决集成电路制造过程中的在线缺陷检测问题？

目前，集成电路领域是国际科技竞争的主战场，也是大国博弈的焦点。对于集成电路缺陷检测技术和设备，一方面，最先进的技术和设备被少数发达国家垄断；另一方面，世界上7 nm及以下节点的在线缺陷检测技术还不成熟，设备差距还很大。谁率先掌握了相应的关键技术，谁就掌握了未来的主导力量，这对中国来说，既是机遇，也是挑战。

●问题7:无人车如何在卫星不可用的情况下实现高精度智能导航？

无人救援车、无人采矿车、无人运输车等特种无人车是完成现代化作战、救援和救灾任务的核心无人装备。为了提高无人机的应急救援和联合作战能力，要求其导航系统具有高精度定位、自主避障、智能路径规划和导航功能。因此，有必要研究高精度、全自主的导航模式，解决基于惯性的无人飞行器智能导航问题。

●问题8:可再生能源电解水大规模制氢如何实现“大规模”、“低能耗”和“高稳定性”的统一？

开发高效、低成本的可再生能源和氢能技术是对国家主要需求的及时回应，也是减少碳排放、减缓全球气候变化的优质解决方案。然而，目前电解水制氢技术的发展水平限制了可再生能源向化学能的转化效率和产业化进程。突破水电解高效、低成本、大规模制氢技术，可以极大地促进可再生能源和氢能的利用和发展。

●问题9:如何突破西藏高速公路智能施工及工程健康保障技术？

青藏高原岩性复杂多变，新构造运动强烈，深大活断层广泛分布，冰川、冻土、山地灾害群发育，具有“地形高差显著”、“板块活动强烈”、“山地灾害频繁”、“冻土环境敏感”四大地质环境特征，以及“高频冻融循环”、“严重干湿交替”、“极冷缺氧”三大气候环境特征。由此带来的一系列工程技术问题如下

●问题10:如何突破光刻的技术难点？

光刻是制造集成电路的关键技术。光刻技术的核心在于三个方面:光刻机、光刻工艺和光刻胶。虽然取得了一些进展，但与世界发达国家相比，我国的光刻技术和产业发展水平仍然落后，差距仍然很大，“受制于人”的困境依然存在。

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