2022年中国科学院年度团队

发布时间:2023-02-13

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璀璨群“星”的守护者

国家空间科学中心科学卫星综合运控中心团队

  2022年10月9日,在党的二十大即将召开之际,由中国太阳物理学家自主提出的综合性太阳探测专用卫星“夸父一号”成功发射!成为继“悟空”“墨子”“太极一号”等七颗卫星之后,中国科学院空间科学战略性先导科技专项又一新星。它将利用太阳活动第25周峰年的契机,为人类探究太阳物理领域“一磁两暴”国际前沿问题开展科学观测。

  中国科学院国家空间科学中心科学卫星综合运控中心(简称“运控中心”),便是这些科学卫星地面上的守护者。这一次,他们的任务将是“牧星逐日”。

  为了科学梦想甘居幕后

  “夸父一号”捕获科学数据后,待飞经我国上空时会迅速与位于新疆喀什、海南三亚、北京密云的3个地面站点建立天地通信链路,将科学数据汇总至位于北京怀柔科学城的运控中心。

  作为中国科学院空间科学先导专项的抓总单位,中国科学院国家空间科学中心成立“科学卫星综合运控中心”,高效统筹科学卫星在轨运行管理,服务科学用户,支持并提升科学产出。

  科学卫星没有“试验星”,只做“前人没有做过的事”,其有效载荷都是“首次研制”“极限设计”。运控中心聚焦卫星工程的科学目标,提供精准、高效、专业的运行管理和数据服务,全心全意为科学家们服务。

  空间科学先导专项自实施以来,11年间实现了一批“从0到1”的重大突破。“悟空”号获得迄今为止世界上最精确的宇宙射线电子、质子、氦核、硼/碳、硼/氧能谱精细结构;“实践十号”星上完成的科学实验有15项为国际首次;“墨子”号在国际上率先实现千公里级的星地量子纠缠分发、星地量子密钥分发和星地量子隐形传态实验,使我国第一次在空间科学研究领域走到了世界最前列;“慧眼”号首次观测到黑洞双星爆发过程全景(2022年7月),观测到迄今最亮的伽马射线暴(2022年10月);“怀柔一号”探测到一大批伽马暴、磁星爆发、X射线暴、太阳耀斑等高能天体爆发现象……

  空间科学系列卫星闪耀太空的背后,是运控中心7×24小时夜以继日、甘居幕后的默默坚守。

  “数据一个都不能丢!”

  运控中心的工作目标是最大限度地获取科学观测数据,支持产出具有标志性、引领性的重大创新成果。

  虽然天地之间没有“网线”连接,但卫星下传数据的速度能达到每秒150兆至300兆,“夸父一号”更是高达每秒1000兆比特。

  从专项首发星“悟空”每天下传16GB的原始科学数据,到“夸父一号”每天下传500GB,随着在轨卫星数量增加,运控中心接收的数据量不断攀升。

  数据的完整性是科学产出的基本保障, “数据一个都不能丢!”是运控中心全体科研人员的执著追求。

  为了达到这个目标,运控中心建立了多通道同时备份接收机制和数据缺失补救预案。目前,运控中心管理的科学卫星数据完整性达到99.9%以上。

  “分钟级的响应”

  稍纵即逝的科学机遇性事件,对科学探测而言是极其珍贵的,甚至直接关乎能否实现重大科学发现。应急响应越快,就越有可能获得更大价值的科学数据。

  2017年8月18日凌晨1时40分,运控中心收到“慧眼”卫星科学家的应急科学计划,要求紧急观测可能存在引力波爆发的某天区。

  1时50分,运控中心用10分钟完成了科学计划的接收、审核、指令编制、指令反演、复核。应急指令顺利上传至“慧眼”,对指定天区开展观测。

  2时44分,“慧眼”回传首批引力波事件观测数据4.83GB。

  2时49分,数据预处理完成。

  3时,事件全部科学数据发至科学家。

  两个多月后,举世瞩目的首个双中子星并合引力波事件(GW170817)联合观测成果全球发布。

  “慧眼”卫星首席科学家张双南研究员评价,运控中心“分钟级的响应”“显著提升了科学产出和国际影响”。

  “分钟级的响应”得益于各运行单位之间高效敏捷的协同工作流程、卫星载荷灵敏强大的功能,也来自于运控中心“默默坚守、无私奉献”的工作作风。对于这支平均年龄35岁的年轻团队来讲,这种对科学机遇事件的应急响应,只是运控中心创建以来近2500个日夜中普通的一晚。

  自2015年12月专项首发星暗物质卫星“悟空”发射以来,运控中心7×24小时轮流值守,夜以继日与在轨的7颗科学卫星“对话”。凭借高度的责任心和丰富的运行经验,运控中心出色地保障了系列科学卫星在轨安全、可靠、高效的运行,使其持续稳定执行空间探测和科学试验。

  习近平总书记曾连续三年在新年贺词中提到“悟空”“墨子”和“慧眼”,将它们作为我国科技突破的代表性成果。运控中心团队用“默默坚守”履行着“不忘初心、牢记使命”的誓言,用“精准运控”支撑起科学家的极致追求,用“专业服务”保障重大科学成果产出。未来,他们将继续发挥“国家队”“主力军”作用,为我国开展空间科学基础研究再立新功!

 

数据智能驱动的机器化学家

中国科学技术大学机器化学家团队

  近日,中科大机器化学家团队通过开发和集成移动机器人、化学工作站、智能操作系统、科学数据库,成功研制出“全球首个数据智能驱动的全流程机器化学家平台”。

  随着化学研究的对象日益复杂化、高维化,传统研究范式成本高、周期跨度长的问题日益突出。近年来,科技界逐渐意识到数据对于学术研究和产业创新发展的重要意义,而大数据科学与人工智能技术结合的手段,也在先进材料研发中崭露头角。

  江俊教授及其团队提出“机器科学家”概念,希望发挥其数据驱动和智能优化的优势,从数以亿计的可能组合中找到最优解来加快材料研发。团队分工明确,配合默契,一路乘风破浪,几位有交叉学科背景的年轻在读博士已经成长为团队“顶梁柱”:肖恒宇设计出软件框架;张百成编写程序,让机器人读论文、提出科学假设、形成实验报告和方案;赵路远主攻电化学测试,负责烘干仪器、光谱仪等硬件的驱动程序开发。

  良好的思路为科技研发指引了方向,前进的路程并非一帆风顺。25岁的赵路远学电子科学技术出身,在她看来,克服科研难题主要靠毅力。她和师弟曹嘉祺一起编写某驱动程序时,由于信息掌握不充足,无法准确理解调用接口,在反复联系仪器厂商和代理商没有得到回应后,决定自力更生。两人耗时3周,夜以继日,条分缕析做了3000次发送信号、等待反馈、记录响应等尝试,逐步逆向试出底层控制逻辑,成功实现了对机器人的远程控制。

  2021年,团队信心满满地开始机器人首次试运行,结果差强人意,化学设备单独运行正常,但参与系统联调时却无法使用,团队通宵达旦排查原因,仍无头绪。山重水复疑无路,柳暗花明又一村,肖恒宇想到化学设备和机械臂均使用了红外探测设备,可能会互相干扰。于是,他将机械臂换一个朝向,轻松解决了问题。往后的开发调试中,不同领域的仪器设备,不同系统的代码协议间,都出现了类似的“磨合”难题,团队通过交叉学科思维,将它们逐一击破。

  面对的问题越复杂,就越考验跨学科的思考能力。团队成员在面临技术难题时,从不摆烂,从不应付交差,一个方案受挫,团队集智攻关,敢于突破,大胆创新、反复测试,在不断地挫折和失败中汲取经验。最终,历时八年,团队成功研制出了“全球首个数据智能驱动的全流程机器化学家平台”。

  面对庞大的化学空间,配方和工艺的搜索常常止步于局部最优,无法进行全局探索。以潜力巨大的高熵化合物催化剂为例,获得其最优配方需要遍历测试极其庞大的化学配比组合,导致基于传统试错范式开发新材料异常艰难。机器化学家发挥其数据驱动和智能优化的优势,智能阅读16000篇论文并自主遴选出5种非贵金属元素,融合2万组理论计算数据和207组全流程机器实验数据,建立了理实交融的智能模型,指导贝叶斯优化程序从55万种可能的金属配比中找出最优的高熵催化剂。该平台实现了高熵材料的快速筛选与精准优化,创制出实用的高效催化剂,将实验遍历搜索所需的1400年缩短为5周,相比传统实验试错模式提效了5个数量级以上,以大数据与智能模型双驱动的化学品与新材料创制新范式,打破传统范式瓶颈。

  机器化学家平台初步具备科学思维,在智能阅读文献、自主设计实验、自动执行合成-表征-测试的化学全流程、智能优化化学创制等方面全面超越欧美同类平台。该平台还建立了包含8千万化合物、1千万化学反应等资源的数据库和检索引擎,并在此基础上开发了物理化学知识图谱。目前,该平台正应用于析氧反应催化剂、掺氢氧化物光催化剂、新能源电池的高熵催化剂等新材料开发。

  该平台研究成果论文已在最新一期《国家科学评论》学术期刊发表。国际审稿人评价说,该成果的“机器人系统、工作站和智能化学大脑都是最先进的”“将对化学科学产生巨大影响”。业内专家认为,机器化学家的研究工作脱离了传统试错研究范式的限制,展现出“最强化学大脑”指导的智能新范式的巨大优势,引领化学研究朝着化学理解数字化、操作指令化、创制模板化的未来趋势前进,确立了我国在智能化学创新领域的全球领跑地位。

  面向国家以“科技强国”引领“现代化强国”的战略建设需求,团队瞄准世界科技前沿,向着科技创新高地奋进,坚定创新自信,锐意进取、勇攀科技高峰,继续服务“科技强国”战略,积极抢占科技竞争和未来发展制高点,进一步开展前沿关键技术研发,通过机器化学家平台全面探索了化学研究的未来发展趋势,不断推进数字化化学知识体系建设。加强技术与科学有机结合、国内相关团队深度合作,建立联盟,共同推广,形成定义新知识体系并自主解决科学难题的强化学智能,发展针对化学智能的符号语言与数据智能驱动的科学方法论。

 

圆梦再出发

力学研究所“力箭一号”运载火箭研制团队

  “火箭的能力有多大,航天的舞台就有多大”,运载火箭是航天活动的基础,是进入空间、利用空间、控制空间的国之重器,是航天大国的重要标志。中国科学院力学研究所(以下简称“力学所”)是我国火箭技术的发源地之一。1960年,中国的第一枚探空火箭T-7M在力学所领导的上海机电研究院诞生,62年后,起源于力学所的火箭,再次以“力箭一号”在力学所圆梦。

  瞄准国家战略需求,勇担重任攻关创新

  2022年7月27日12时12分,由力学所抓总研制的“力箭一号”(ZK-1A)运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射,采用“一箭六星”的方式,成功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,丰富了我国固体运载火箭发射能力谱系。

  “力箭一号”运载火箭由中国科学院“十四五”重大项目支持,是中国科学院在空天科技领域的又一次创新性尝试。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,对于推动我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。

  聚焦核心关键技术,突破“卡脖子”难题

  “力箭一号”运载火箭是我国当前最大的固体运载火箭,在运载能力、入轨精度、设计可靠性、性价比等方面迈入世界固体运载火箭领域先进行列。从2019年开始研制,历时3年,突破了固体火箭运载能力瓶颈,实现了低成本快速进入空间的目标,提出4项国内首创的系统解决方案,采用5项国内首次使用的关键技术。

  “力箭一号”运载火箭突破了大吨位固体运载器总体优化设计与试验技术、先进动力系统与推力矢量控制技术、集中—分布式现代航天电子技术、低成本箭体结构与分离技术、智慧飞行控制技术、大吨位固体火箭地面使用及热发射技术等多项重大关键技术。“力箭一号”运载火箭具有运载能力大、入轨精度高、固有可靠性高、响应速度快、发射效率高、保障要求低、发射成本低、使用灵活便捷、环境适应性好等一系列突出优点,可实现陆基、海基小时级发射。通过研究范式的创新实现了高效低成本敏捷开发,为我国运载火箭领域的技术变革作出了重要贡献。

  秉承赓续优良传统,建强力学领域“国家队”

  一直以来,力学所坚持以党建促科研,主动创新组织形式、围绕项目研究需求、整合优势科研力量,组建了多学科跨部门的科研攻关团队。“力箭一号”运载火箭研制团队50多位骨干成员中45岁以下的占到80%。2022年4月,火箭在进场前成立了临时党支部,力学所组织了出征仪式,所长、党委书记刘桂菊为临时党支部授旗。火箭进场后,与基地成立了临时联合党委,引导“力箭一号”运载火箭研制团队继承并发扬“两弹一星”和老一辈科学家精神,坚持并丰富“创新、创新、再创新”的理念,始终面向国家重大需求,牢记并履行国家战略科技力量的责任担当。

  面对新形势和新挑战,“十四五”和今后一个时期,力学所将进一步秉承优良传统,弘扬科学家精神,坚持“一个目标”——作出经得住历史考验的贡献;强化“两个抓手”——建制化/体系化基础研究,技术创新与攻关以及两者间的有机衔接;突出“三个关键”——建立有效的组织模式,促进重大成果产出,提升人才队伍的质量规模与合力,建设力学的中心,传承基因、开拓创新、合作共赢、实现良性循环;加强“四个保障”——提升管理能力,培育优良文化,强化资源配置,完善科研条件,沿着钱学森、郭永怀等指引的道路和标准砥砺前行、建强力学领域“国家队”,为实现高水平科技自立自强做出力学所应作的贡献。

(责任编辑:侯茜)

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