幸逢生活在21世纪，我们的每一天都在见证历史，孜孜不倦的科技工作者日出而作，日落而息，每一天都在为新时代的“科创”而奋斗。然而，科创的道路是曲折的，是周而复始、层层推进，是跋山涉水，越过崎岖山路才能到达的顶峰；是在无数个无人问津的日夜面对繁复枯燥的实验仪器和数据。
2021年，我国的科创成果频出，上到九州揽月，下至五洋捉鳖，神州大地奔腾涌动起浓郁的创新热潮，汇聚成澎湃强劲的“第一动力”，推动着中国高质量发展。
远在太空的“家”
九重天上造天宫，今朝筑梦在苍穹。
2021年10月16日，载有3名中国航天员的神舟十三号载人飞船顺利进入预定轨道，发射取得圆满成功。这标志着中国空间站建造阶段2021年度五战五捷，也为如期完成空间站在轨建造，实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标奠定了坚实基础。从此，中国人在九重天上有了自己的“家”，只待万丈高楼平地而起，正式迈入空间站时代！
两批航天员入驻，四次出舱活动，一次天空授课……从“神五”飞天，十八年间，中国载人航天从一人一天到三人半年，实现了伟大的跨越。2021年是不平凡的一年，中国的航天人用勇气与奉献为人类和平利用太空贡献了中国智慧。
中国空间站上有五大核心黑科技令人瞩目。第一个黑科技就是太空WiFi，中国空间站完全克服了通信难题，建立了独一无二的航天WiFi，使得信息服务效率提高；二是热管辐射器，为了防止碎片对中国空间站造成大的影响，我国科研团队建立了健康监测子系统，利用两个热管辐射器解决飞来横祸；三是舱门保护罩，我国科研团队根据不同的状况，设计出两种舱门保护罩，不仅可以保护宇航员的正常生活和工作，还能够使科研项目顺利进行；四则是可伸展的柔性太阳电池翼，中国首创的电池技术，能够让天宫空间站运行至少50年时间；第五个黑科技是配合宇航员展开舱外活动的空间机械臂，成功打破国外机械臂技术垄断。
如今，国际空间站由于设备老化严重，预计2024年将停用。届时，中国自主设计研发和运营的天宫空间站，将是地球上唯一的空间站。
列车吊挂在轨道上，悬浮于半空中，穿梭在城市间，这不是科幻大片里的场景，这是中国的“兴国号”！
2021年12月14日，国内首条磁浮空轨车辆“兴国号”在中铁科工武汉江夏基地下线，将用于江西兴国永磁磁浮技术工程示范线。
“兴国号”空轨车辆为2列车辆编组，定编88人，永磁磁浮技术工程示范线全长878米，设计最高运行速度每小时120公里。地上磁悬浮是电磁悬浮，需要通电才能把车辆浮起来，而空轨车辆运用的是永磁悬浮技术，不需要电就可以浮起来。该车辆是利用永磁体和永磁轨道之间的排斥力，采用非接触式牵引方式实现车辆的悬浮，是世界上首次将永磁悬浮技术应用于空轨车辆制造中，具有安全舒适、节能环保、非接触式牵引、爬坡能力强、转弯半径小、噪音低等一系列特点。
在汽车走不快、地铁修不到的城市繁华区、大型商圈、临时博览会等区域，或作为机场、地铁、火车站、长途客运站之间的中转工具，空轨是最合适的选择。中铁科工已完全掌握空轨系统成套技术，在武汉建立的试验线已安全平稳运行7000多公里，申请国家专利100余项。其中，国家发明专利23项，并参与制订了行业标准《悬挂式单轨交通技术标准》，2020年底被工信部认定为国家技术创新示范企业。
中国也是继德国、日本之后，第三个掌握空轨技术的国家。
值得一提的是，此次下线的“兴国号”车辆总体设计体现了著名将军县的红色文化基因，被誉为“红轨”。列车头部两侧56颗红色五角星，代表着56位共和国的开国将军，熊熊燃烧的火炬代表着“星星之火，可以燎原”。
中国科学家在北半球、大西洋东岸找到了一处国际一流的天文台台址，这将是世界天文学家和粒子物理学家的“福音”。
2021年8月18日，国际科学期刊《自然》发布了一项重大科学进展。中国科学院国家天文台研究员、西华师范大学物理与天文学院天文系系主任邓李才研究团队发现，青海冷湖赛什腾台址的光学观测条件比肩国际一流大型天文台。
光学/红外观测台址是极其宝贵的稀缺资源，目前国际公认的最佳三个台址同处于地球的西半球，如果一个非常重要的天象发生在西半球的白天，人们就将失去借助这个天象得到的重大科学成果，这是天文界的憾事。所以，全世界的天文学家都期望能够在东方、在欧亚大陆的某个地方找到一个合适的天文台台址。
冷湖国际一流台址的发现打破了长期制约我国光学天文观测发展的瓶颈，为我国光学天文发展创造了重大机遇。特别是冷湖所在的地理经度区域内，尚属世界大型光学望远镜的空白区，而天文观测常常需要时域、空域的接力观测，因此，也是国际光学天文发展的宝贵资源。
由于人口少，冷湖几乎没有光污染，夜晚的星空格外通透。为最大限度发挥好冷湖台址的科学效益，中国科学院将与青海省政府联合，一方面尽快对台址资源进行保护，避免灯光、粉尘、震动等的影响；另一方面统一规划和布局未来重大观测设施的发展。中科院将与青海省一道，力促冷湖天文台址的国际合作和开放，吸引国际领先的观测设施落户，使之成为国际光学天文研究的重要基地，使冷湖成为人类探索宇宙奥秘、培育原创性科学成果的重要策源地。
用二氧化碳合成淀粉，换句话说，相当于凭空也能造馒头。
2021年9月24日，国际知名学术期刊《科学》杂志刊发了中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得的重大突破性进展。该研究在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉。
此次在实验室实现从二氧化碳到淀粉的从头合成，是继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破。
淀粉是粮食最主要的成分，通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。自然界的淀粉合成与积累，涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。人工合成淀粉是科技领域一个重大课题。此前，多国科学家积极探索，但一直未取得实质性重要突破。
中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队历时6年多科研攻关，采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等检测发现，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。实验室初步测试显示，人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。
人工淀粉的合成是一个典型的从0到1的原创性突破。如果这一研究结果能进入成熟的商业化生产，将对未来的农业领域，特别是粮食生产带来革命性的影响。
2021年1月7日，我国科研团队宣布成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发，标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形。
网友经常用“遇事不决，量子力学”来调侃量子通信的高深莫测。那怎么解释量子保密通信？从古至今，人类创造出很多密码体系，但没有一个在原理上能保证安全，直到量子保密通信的出现。传统的密码总是需要派信使去送密码本，被传送的密码本在专业中被称作“密钥”，信使若被抓或叛变，损失巨大。后来，密码学家们发明了用数学难题加密的方法，解密因此变成了数学挑战赛，但依旧存在被解密的风险。量子保密通信则独辟蹊径，提出了一种既不需要信使、也不依赖于数学难题的保密方法。
量子保密通信主要利用量子力学叠加、测量与纠缠等特征，让信息的发送方和接收方直接建立联系。信息的发送方和接收方通过一系列量子力学的操作，同时获得了一段随机字符串。发收双方就可以把自己手中的随机字符串作为密钥将信息加密，后面的传输就完全是传统的通信了，用光纤、电话、电子邮件甚至平信都可以。
以“天地一体化量子通信网络”的构建为代表的一系列科研成果，证明中国已经具备了在量子科技领域的科技实力和创新能力。从全球范围来看，比对2020年欧盟发布的量子旗舰计划《战略研究议程》、美国发布的《量子网络战略愿景》《量子互联网国家战略蓝图》，中国在量子通信领域领先欧盟3~5年，领先美国5~8年。
目前，广域量子通信网络的雏形已基本形成，未来在此基础上，可进一步推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的广泛应用。
冬奥在即，众多新技术在北京冬奥会和冬残奥会惊艳亮相，与冬奥赛事深度融合。“冰丝带”高颜值背后，凝结了科技创新的“中国智慧”。
22条高低盘旋的“丝带”，宛如速滑运动员冰刀划过冰面的痕迹。在天安门以北14公里、奥林匹克森林公园西侧，有着“冰丝带”之称的国家速滑馆与鸟巢、水立方遥相呼应，成为北京城的新地标。作为北京2022年冬奥会唯一的新建冰上竞赛场馆，“冰丝带”曾被业内称为“世界级建造难题”。2020年5月，它以最高分荣获“2019年度中国钢结构金奖年度杰出工程”大奖，这是国内钢结构行业的最高奖项。
“冰丝带”建造采用了世界体育馆跨度最大的马鞍形单层索网结构，长跨约200米、短跨约130米受力最优，形态最美，形成独特的轻、薄、软的屋顶，用钢量只是传统钢结构屋面的四分之一，大幅度降低了场馆用材量和建设的复杂程度，从源头上减少了碳排放量。
“冰丝带”还采用了新的建筑材料“碲化镉发电玻璃”，它既能起到玻璃的作用，又是太阳能面板，可以为场馆提供绿色电能。
值得一提的是，“冰丝带”1.2万平方米冰面制冰系统采用环保型CO2跨临界直冷制冰系统，是世界上第一个CO2速度滑冰场。这也是目前最环保的制冰技术，能够实现冰面温差控制在0.5摄氏度以内。在冷凝热回收系统下，制冰过程产生的冷凝热可以进行回收利用，按年运营约能节约200万度电，碳排量接近于零。
除了“冰丝带”之外，首都体育馆、首体短道速滑训练馆以及五棵松冰球训练馆也选用了二氧化碳跨临界直接制冷系统。这是目前世界上最先进、最环保、也是最节能的制冷技术，在冬奥会历史上尚属首次。
2021年9月17日，由中交天和自主研发的世界首创高寒高海拔、大深度、超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”下线。同年11月21日，“首创号”刀盘于新疆乌尉高速公路天山胜利隧道2号竖井工程施工现场顺利下井组装。
“首创号”刀盘直径11.4米，主要由主机部分、吊盘部分、井上设备组成，主机长约24米，重约1100吨，竖向掘进深度达800米，采用全智能化掘进技术，可实现井下掘进无人化操作，零部件实现全国产化。
天山胜利隧道是新疆乌尉高速公路重点控制性工程，全长22.1公里，也是目前世界最长高速公路隧道，隧道最大埋深达1112.2米。2号竖井工程作为天山胜利隧道的通风井是其重要组成部分，竖井深达800米，是目前世界上最深的高速公路竖井，也是世界首个一次开挖成型的超大直径硬岩大深度竖井。同时，竖井工程地处天山之巅，属高寒高海拔地区，最低气温达零下40多摄氏度，海拔3660米，岩石强度高达200兆帕以上。
恶劣的自然环境、复杂的地质条件和高标准的建设要求，对施工技术装备提出了巨大挑战。为满足现代竖井建设机械化、自动化、智能化要求，“首创号”首次将TBM破岩石工艺与传统钻进完美结合，相当于把TBM竖着挖，并实现超大直径竖井一次成型。目前，大直径竖井基本采用分级扩挖技术，“首创号”一次成型技术在世界施工史上属首例；采用掘、排、支相结合的全新钻井工艺，避免了传统钻爆法对岩石的扰动，并将作业人员从恶劣的自然环境中解脱出来，让井内掘进实现无人化操作；配置中交天和自主研发的垂直导向系统，精度控制在2毫米内，竖井垂直度更加精准；碎石经泥水循环系统排出，避免传统设备排渣扬尘等对天山自然环境造成的污染。
2021年5月17日，中国高海拔宇宙线观测站“拉锁”（LHAASO）国际合作组在北京宣布，LHAASO在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到1.4拍电子伏的伽马光子（拍=千万亿），这是人类观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了“超高能伽马天文学”的时代。
“拉锁”是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，也是世界上最大的高海拔宇宙线观测装置，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里，是由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列（简称KM2A）、78000平方米水切伦科夫探测器、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成的复合阵列。
“拉锁”的核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化和高能天体活动，并寻找暗物质；广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽马射线源，精确测量它们从低于1TeV（1万亿电子伏，也叫“太电子伏”）到超过1PeV（1000万亿电子伏，也叫“拍电子伏”）的宽广能量范围内的能谱；测量更高能量的弥散宇宙线的成分与能谱，揭示宇宙线加速和传播的规律，探索新物理前沿。
科学家利用“拉索”已经建成的1/2规模探测装置11个月的观测数据，发现了12个稳定伽马射线源，它们都具有超高能光子辐射，并且都稳定地延伸到PeV附近，甚至探测到迄今人类从未见过的1.4PeV的最高能量伽马光子。
此前，银河系内的宇宙线加速源存在能量极限是个“常识”，过去预言的极限就在1PeV附近，导致伽马射线能谱在0.1PeV以上有“截断”现象。“拉索”的发现完全突破了这个“极限”，确定了银河系宇宙线加速源不存在PeV以下的加速极限。
2021年11月初，《美国数学会杂志》发表了中国科学技术大学几何物理中心创始主任陈秀雄与合作者程经睿在偏微分方程和复几何领域取得的“里程碑式结果”。
他们解出了一个四阶完全非线性椭圆方程，成功证明了“强制性猜想”和“测地稳定性猜想”这两个国际数学界60多年悬而未决的核心猜想，解决了若干有关凯勒流形上常标量曲率度量和卡拉比极值度量的著名问题。
凯勒流形上常标量曲率度量的存在性，是过去60多年来几何中的核心问题之一。关于其存在性，有三个著名猜想——稳定性猜想、强制性猜想和测地稳定性猜想。经过近20年众多著名数学家的工作，强制性猜想和测地稳定性猜想中的必要性已变得完全清晰，但其充分性的证明在陈-程的工作之前被认为遥不可及。
求出一类四阶完全非线性椭圆方程的解，就能证明常标量曲率度量的存在性。陈-程的工作恰恰就是在K—能量强制性或测地稳定性的假设下，证明了这类方程解的存在。这类方程的研究极为困难，此前，对此类方程几乎没有合适的处理工具。陈-程最重要的突破是给出了这类方程的先验估计以及成功实现了陈秀雄提出的新的连续参数的策略。
美国数学家克劳德•勒布润评价，“该系列论文是复微分几何领域一个非凡的、根本的、完全出乎意料的进展。这些卓越的工作应该会在数学的其它领域包括与复微分几何相去甚远的领域产生影响。”法国科学院院士吉恩-皮埃尔•德玛依认为，“他们的结果看来是对当代复微分几何一个极其重要的贡献。”
