十一五国家重大科技成就

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2. Hilbert 第 15 问题研究 澄清舒伯特演算是希尔伯特第 15 问题( 1900 ) “舒伯特计数演算的严格基础”的内容,也是“20 世 纪代数几 何 学 的 重 要 主 题 ”。 决 定 它 的 演 算 法 则 是
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中国基础科学·“十一五”国家重大科技成果展专栏
为更好地宣传“十一五”期间我国基础研 究所取得 的 成 果,本 刊 将 对“十 一 五 ”国 家 重 大科技 成 就 展 中 基 础 研 究 成 果 进 行 连 续 报 道。本期 介 绍 我 国 在 制 造 科 学、物 理、数 学、 天文等科学领域以及重大科技基础设施方面 的科研成果。
关键词:十一五 科技成果 基础研究 中图分类号:G3 文献标识码:E 文章编号:1009-2412( 2011) 05-0003-08 DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-2412. 2011. 05. 001
二、物理学、数学和天文学
1. 红外新波段强场物理研究取得重要突破 近年,可 调 谐 中 红 外 新 波 段 强 场 超 快 激 光 的 出 现与发展,开 辟 了 当 代 重 要 科 学 前 沿———强 场 物 理 领域中的新 方 向,为 开 拓 中 红 外 强 场 相 互 作 用 新 物 理、新效应及新应用提供了新机遇。 在国家 973 计划的支持下,徐至展院士领衔中 国科学院上海光机所、中国科学院武汉物数所、中国 工程物理研 究 院 九 所 等 进 行 合 作 研 究,利 用 上 海 光 机所近年建 成 的 中 红 外 强 场 超 快 激 光 平 台,实 验 发 现在中红外 强 光 场 中,原 子 阈 上 电 离 光 电 子 能 谱 在
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中国基础科学·“十一五”国家重大科技成果展专栏
有自主知识产 权 的 6 吨 /15 吨 米 实 验 样 机,建 立 了 300 吨 /700 吨米重型操作机数字仿真样机以及集成 设计平台。该研究成果已应用于“中国 一 重”集 团 200 吨 /400 吨米巨型锻造操作机的设计和制造。该 研究为我国自主设计制造具有机器人特性的操作装 备奠定了基础。
图 9 库仑势对阈上电离光电子动量分布的影响
国际著 名 强 场 物 理 学 家、美 国 光 学 学 会 前 主 席 J. H. Eberly 教授高度评价徐至展等上述成果: “是 强场原子物理 中 的 领 先 性 贡 献”、“这 是 第 一 次 关 于 低能峰效应的理论与实验相结合的报告”。
该项成果被遴选为“2009 年中国科学家具有代 表性的工作”之一( 《2010 年科学发展报告》,中国科 学院,科学出版社,2010 年 3 月) 。
Байду номын сангаас该研究成果荣获 2010 年度国家自然科学奖二 等奖。
3. 空间高能电子和伽玛射线观测研究观察到暗 物质
2008 年 11 月 20 日,《自然》( Nature) 杂志发表 紫金山天文台与国外同行合作的暗物质粒子观测研 究重 大 成 果《宇 宙 电 子 在 300—800GeV 之 间 发 现 “超”》( An excess of cosmic ray electrons at energies of 300—800 GeV) 。该工作是紫金山天文台科学家与 国外同行十年艰苦工作的总结。
一、制造科学与技术
1. 重型操作装备的 GF 集拓扑设计理论及其应用
收稿日期: 2011-3-18 修回日期: 2011-10-10
图 1 700 吨米锻造操作机虚拟与试验样机
图 2 中国“一重集团”400 吨米锻造操作机
巨型重载操作装备是制造产业链中的基础装 备,其自主设 计 和 制 造 体 现 了 一 个 国 家 的 极 端 制 造 能力和制造 水 平,影 响 着 国 民 经 济 和 国 防 建 设 重 大 工程的实施。上海交通大学高峰带领的研究团队, 针对目前国际上巨型重载操作装备在机构设计理论 上的缺陷等 重 大 挑 战 问 题,基 于 机 构 学 基 本 原 理 和 数学集合论,创建了巨型重载操作机构设计的 GF 集 理论,包括: 操作机构末端特征的 GF 集定义与分类、 GF 集合成的移动定律和转动定律以及推论、操作装 备机构数综合模型、GF 集求交运算性质和法则、支链 中运动副转动轴线迁移定理以及具有特定末端特征 的支链设计、操作装备机构末端特征的 GF 集组合形 式和构型、考 虑 输 入 与 输 出 关 联 关 系 的 重 载 操 作 机 构拓扑优化 方 法 等,为 操 作 装 备 机 构 的 设 计 提 供 了 理论、技术 和 工 具。 基 于 该 理 论 推 演 出 了 巨 型 操 作 机构的 13 种构型,其中包括目前国际上已有的两种 构型,该研 究 还 从 中 优 选 出 两 种 新 的 构 型。 对 比 分 析显示,两种 新 构 型 在 整 体 性 能 上 优 于 国 际 上 现 有 的两种构型。 在 此 基 础 上,基 于 新 的 构 型 研 制 了 具
3. 大型回转机械结构裂纹的动态定量诊断技术 与应用
图 3 硬脆材料复杂曲面精密修磨设备
图 5 裂纹定量诊断的软件界面
图 4 世界上最大的螺旋锥齿轮磨齿机
由华中 科 技 大 学、大 连 理 工 大 学、中 南 大 学、清 华大学、西安 交 通 大 学 和 上 海 交 通 大 学 科 学 家 组 成 的研究团队,针对复杂曲面零件的数控加工,通过对 加工过程多物理场复合作用机理以及温度场分布规 律和加工临 界 速 度 等 的 研 究,建 立 了 加 工 动 力 学 模 型与动态加 工 误 差 预 测 理 论,提 出 了 加 工 过 程 物 理 约束、几何约束的数字化表达方法,实现了相容性约 束下可制造性定量分析与高效加工工艺规划以及定 位-夹持系统封闭性与定位精度的定量分析。上述成 果成功应用于导弹天线罩、螺旋锥齿轮、大型铝合金 薄壁件等的数控加工。研制的系列天线罩精密制造 工艺与成套装备填补了国内空白,打破了国外封锁, 已应用于两种型号的研制与批量生产; 研制出世界 上最大的螺 旋 锥 齿 轮 磨 齿 机,打 破 了 舰 艇 传 动 箱 使 用的大规格高质量螺旋锥齿轮依赖进口的格局; 大 型铝合金薄壁件粗加工效率提高 30% ,精加工效率 提高 50% ,工件表面质量提高一个等级。同时,开发
西安交 通 大 学 何 正 嘉 带 领 的 研 究 团 队,针 对 大 型回转机械 结 构 裂 纹 难 发 现、易 扩 展 及 强 破 坏 等 问 题,研究揭示了裂纹位置、裂纹深度与裂纹动态响应 信号之间的 内 在 联 系,发 明 了 基 于 小 波 有 限 元 模 型 的三线相交 结 构 裂 纹 的 动 态 定 量 诊 断 方 法,实 现 了 大型回转机 械 结 构 裂 纹 的 动 态 定 量 诊 断,解 决 了 国 内外故障诊 断 领 域 的 这 一 前 沿 与 挑 战 性 难 题,填 补 了国内外在机械结构裂纹动态定量诊断领域的技术 空白,并从基础理论、技术实现到仪器开发形成了一 整套技术。该领域国际权威杂志 Mechanical Systems and Signal Processing 在纪念裂纹诊断研究 50 周年专 刊中大篇幅引用了该项成果,并评价: “该成果相对 于传统方法,在 结 构 裂 纹 诊 断 精 度 和 计 算 效 率 方 面 具有显著优势”。相关成果已在 50 余家企业获得应 用,产生了 明 显 的 经 济 效 益 与 社 会 效 益。 相 关 研 究 成果获得 2009 年度国家技术发明奖二等奖。
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图 6 表面材料纳米级去除机制与缺陷的形成
图 8 实验测量的不同波长下的氙原子光电子能谱
图 7 300mm 晶圆平坦化的超低压力(0. 5psi) CMP 原理样机
机理,并建立 了 表 面 抛 光 过 程 纳 米 颗 粒 的 行 为 控 制 方法。开展了基于柔性纳米刷抛光新原理的研究, 建立了应用于超低压力( 0. 5psi) 平坦化装备原理样 机。建立了考虑抛光盘、抛光垫、薄层流体及抛光颗 粒相互作用的化学机械平坦化 CMP 模型,成功地实 现了表面粗糙度 Ra 为 0. 08nm 的计算机硬盘基片制 造和 Ra 为 0. 05nm 的超光滑单晶硅表面制造,已接 近理想光滑表面的粗糙度 ( Ra 为 0. 02nm) ,是目前 国际上报道的最好数据。该技术对 IC 制造发展和 计算机硬盘密度的提高具有重要的应用价值。其中 部分技术已被产业界采用。研究成果获得国家科技 进步奖二等奖 1 项,国际学术组织奖励 3 项。
低能端出现令人惊异的峰状新结构。这是国际强场 原子物理领域在过去 30 年研究中丢失的重要物理 现象,并第一 次 从 理 论 与 实 验 上 揭 示 了 新 现 象 的 物 理起因。该项成果发表于 2009 年 8 月国际物理学领 域顶尖刊物《物 理 评 论 快 报 》。 值 得 一 提 的 是,美 国 著名强场物理学家 L. F. DiMauro 教授研究组与中国 徐至展院士研究组几乎同时且各自独立地发现了该 现象。DiMauro 等的研究成果发表于国际权威学术 期刊《自然-物理学》上。
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“十一五”国家重大科技成就
[编者按]“十一五”期间,我国的基础研究以 科学发展观为指导,全面贯彻落实《国家中长 期科 学 和 技 术 发 展 规 划 纲 要 ( 2006—2020 年) 》战略部署,按照“求真探源,人才为本; 发 展基地,营造环境; 双力驱动,重点突破”的方 针,通过国家自然科学基金、国家重点基础研 究发展计划( 973 计划) 和国家重大科学研究 计 划 等 国 家 科 技 计 划,以 及 中 国 科 学 院 知 识 创新工程和教育部 985 工程等,大力推动学科 交 叉 和 新 兴 学 科 发 展,加 强 科 学 前 沿 的 超 前 部署,着力 解 决 农 业、能 源、生 命、信 息、资 源 环境、材料、海洋等领域的关键科技问题。同 时,大 力 加 强 国 家 重 点 实 验 室 等 科 研 基 地 建 设,启动了 12 个重大科技基础设施建设,推动 科技基础性工作,促进科学数据共享,培养创 新人才,营造良好的科研文化环境,不断扩大 国际合作,科学研究整体水平显著提高,已进 入重要跃升期。
为了满足探月工程轨道测量需求中国科学院对原有vlbi系统进行创新与升级改造特别在实时性可行性稳定性下大功夫建立了包括上海北京昆明和乌鲁木齐4台大型射电望远镜以及位于上海的vlbi数据处理中心共同组成的探月工程测控系统vlbi测轨分系统其测量精度等效于一台口径为3000多km的巨型望远镜这一测轨分系统实分钟内准实时提供卫星的高精度方位角的vlbi测轨数据协助航天测控网解决了对飞往38万km之遥的嫦娥卫星进行精密轨道测量的难题大大提高短弧定轨及关键测控点轨道预报的精度特别是在月球捕获弧段和10015km虹湾拍照弧段等的精密轨道测量中发挥十分重要的作用圆满完成了嫦娥一号二号卫星工程的测轨任务
2. 高性能复杂零件加工过程物理作用机理及数 字化创成
的数字仿真 与 工 艺 规 划 系 统 为 汽 轮 机 转 子 轮 槽、汽 轮机叶片、机 载 雷 达 铝 合 金 件、飞 机 尾 翼 大 型 结 构 件、导弹叶盘 等 复 杂 曲 面 零 件 的 数 控 加 工 提 供 了 技 术支 撑。相 关 成 果 获 得 国 家 技 术 发 明 奖 一 等 奖 ( 2008 年度) 、国家科技进步奖二等奖,入选 2008 年 度“中国高等学校十大科技进展”。
“舒伯特演算的根本性问题”。中国科学院数学与系 统科学研究院段海豹研究组成功解决了这个历史悠 久的基础性问题。美国《数学评论》评价道,该项研 究成果解决了“相交理论的一个根本性问题”; 是对 “相交理论的重要贡献”。
国际同行们于 2009 年总结道: 根据法国科学院 院士、美国科学院院士 Borel ( 1953) 、美国科学院院 士 Bernstein 和 Wolf 奖获得者、美国科学院院士 Gelfand( 1973) ,以及段海豹( 2005) 的工作,“舒伯特演 算已经理解得十分透彻”。
暗物质 的 存 在 已 经 有 很 强 的 证 据,但 暗 物 质 究 竟是什么,直到目前还不清楚,暗物质探测成为目前 科学界最大热点之一。紫金山天文台与美国、德国、 俄罗斯有关单位自 1998 年开始合作,研制和不断改 进探测器,利用美国南极长周期气球项目( ATIC) 观 测高能电子。研究发现,电子能谱在 3000—8000 亿 电子伏特能 量 区 间,与 理 论 结 果 比 较 有 一 个 很 强 的 “超”( 或“鼓包”) ,分析表明该“超”可能是暗物质粒 子湮灭的产物。
4. 近理想光滑表面制造原理与技术
清华大学雒建斌带领的研究团队,针对 IC、计算 机硬盘和 LED 基体制造中对超光滑表面的要求,开 展了近理想光滑表面的制造方法、原理和技术研究。 研究揭示了 材 料 纳 米 去 除 机 制、表 面 微 缺 陷 的 形 成
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