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《创新2050:科学技术与中国的未来》

时间:2009-11-30 16:35:32  来源:  作者:

  中国科学院战略研究系列报告摘登
空间科技
空间科技领域是我国国家发展的重要战略领域。该领域中一个与人类社会发展密切相关的重要部分,就是对地观测及其应用。空间技术是实现空间科学和应用目标的重要技术支撑平台,并和空间科学与应用相互促进、共同发展。
在21世纪前半叶,中国的发展面临着如何履行大国责任、为人类的科学发展与文明进步作出重大贡献的问题,面临着如何牵引带动我国高技术领域的跨越式发展、实现科技领先,如何保护人类生存环境,以及如何提高人类生活质量、实现社会可持续发展等诸多重大问题。空间科学、技术和应用的发展将为上述影响到国家发展和现代化进程的重大问题提供大量的、有效的和不可替代的科学和技术解决方案。
本路线图主要针对我国“到21世纪中叶基本实现现代化、达到中等发达国家水平”的国家目标,分析了我国未来发展可能面临的主要问题,以及空间科技在国家战略发展中的重要作用,并在分析国际主要空间国家发展战略和空间科技领域前沿发展趋势的基础上,结合我国本领域的研究基础和现状,重点针对空间科学、对地观测及数字地球和相关空间技术,提出了我国至2050年空间科技领域的发展愿景、目标和发展路线图。
我国至2050年空间科技领域的发展愿景为:
以国家需求和科学技术关键问题为牵引,全面加强空间科学、空间技术、空间应用在国家发展中的重要地位,到2050年,使其在国家战略发展中承担和发挥应有的和突出的重要作用,为国家面临的重大问题提供大量的、有效的和不可替代的解决方案。
至2050年空间科技领域的发展战略目标如下:
战略目标1(空间科学发展战略目标):开展针对重大科学问题的前沿探索与研究,在黑洞、暗物质、暗能量和引力波的直接探测、太阳系的起源和演化、太阳活动对地球环境的影响,及其预报和地外生命探索等方面,取得原创性的突破进展,全面提升我国空间科学的研究水平,用重大科学成果提升中华民族在人类文明发展和科学文化上的贡献度。
通过战略目标1开展空间科学研究,在解答以下科学问题上取得重要进展:
1.宇宙是如何起源和演化的?
2.生命是如何起源和演化的,生命(包括人类)在地外空间的生存表现和能力是怎样的?
3.太阳和太阳系是如何影响地球和人类社会生存与发展的?
4.是否存在超越现有基本物理理论的新物理规律?
5.空间环境下的物质运动规律是怎样的?
战略目标2(空间应用发展战略目标):以发展对地观测基础设施、构建数字地球科学平台与地球系统模拟网络平台为主线,综合利用空间信息,模拟与预测气候变化、区域水循环与水安全、碳循环与生态环境、陆表覆盖变化、突发自然灾害等,以及寻找与发现新能源、新资源,大幅提升空间科技支撑发展的能力和水平,在我国发展新阶段所面临的能源与资源短缺等经济社会发展的瓶颈约束问题,和应对全球变化、生态退化、重大自然灾害等全球问题上形成重大突破,实现我国从空间应用大国向强国的战略性跨越。
通过战略目标2回答以下科学和发展问题:
1.全球变化对我国的主要影响表现在哪些方面?
2.我国区域变化的主要驱动因子有哪些,响应机制是什么?
3.造成影响的时间和空间尺度及规律是什么?
4.提高全球变化要素的探测、模拟与预测能力的途径是什么?
5.空间信息用于资源和能源勘查有哪些新方法和新途径?
战略目标3(空间技术发展战略目标):针对科学和应用两大需求,依据技术发展规律,突破关键和瓶颈技术,在超高分辨能力、超高精度时空基准、轻小型化空间飞行器和有效载荷、临近空间飞行器、深空超高速和自主航行,以及人类在空间的生存和活动能力等领域进入世界领先行列,为空间科学探索和空间信息应用提供强有力的技术支撑。
重点发展可能制约我国未来空间科学与应用发展的关键技术,形成重大突破,为我国未来的空间活动提供重要的技术支撑,为空间科学与应用的发展、带动相关高技术领域的跨越发展,提供有效的技术解决方案。
人口健康科技
生命科学的进步推动了人类对自身健康和疾病的认识,使传统临床医学转变成为以现代生物学知识和实验方法为基础的生物医学。新的科学技术突破及重大集成创新不断涌现:基因组学等生命大科学的出现,在人类健康事业发展进程中有可能发挥更加明显的作用;脑与认知科学已经成为生命科学和人类健康科学的热点与前沿;生命科学、物质科学、信息科学、认知科学与复杂性科学的融合孕育着重大的科学突破,将为人口健康领域带来重大变革。
作为世界人口大国,我国的基本国策在未来仍然是计划生育与优生优育。在计划生育方面,目前的避孕方法和手段远远不能满足人们对生殖健康的需要;同时,我国的人口质量控制也面临巨大的挑战,因此必须大力加强生殖医学基础研究,进一步完善中国生殖科学和生殖健康研究体系。要从人口控制和生殖健康的基础研究入手,发展安全有效和使用方便的新一代避孕方法;建立生殖健康干预技术,初步实现利用基因矫正和辅助生育技术消除常见的遗传缺陷;降低人口出生缺陷,提高优生优育的水平。
合理营养是人类保证健康和抗御疾病的基础。当前,营养过剩和营养缺乏是困扰我国社会的主要公众健康问题。随着工业化、城镇化和人口老龄化的进一步发展,公众的营养健康问题将面临更严峻的挑战。要应对这类挑战,需要加强营养科学研究,全面深入地阐述中国人特定遗传背景下的营养需求和导致主要营养问题的原因和相关机理;为制订符合国人群体和个体遗传及生活方式特点的营养素标准和膳食指南等国家相关的政策提供科学依据。此外,我国目前食品安全的形势十分严峻,食源性疾病仍然是危害公众健康的重要因素之一。要充分利用现代科学技术,积极开展对食源性有毒有害物质的急慢性毒理和机理研究,并发展对有毒有害物质快速检测技术和平台,建立和健全食品安全数据库,建立我国食物安全监测与早期预警系统,确保我国公众的食品安全。
随着我国社会经济的进步,以及人口老龄化的加速,在短短几十年内,我国完成了从传染性疾病向慢性病的流行病学模式转变;早期严重威胁公众的疾病,如传染性疾病、孕产和围产期疾病等的危害范围和程度有了明显的下降,重大慢性病如癌症、心脑血管疾病、代谢性疾病和神经退行性疾病等则成为人类健康的主要威胁。尽管研究者已经对这些疾病的发病机制和诊治方法进行了长期和大量的研究,但是要对这些慢性病实现有效的防治还有很长的路要走。显然,我国人口健康领域的关键战略需求应该是,加强对这些重大慢性病的预防与控制,将抗击疾病的重心前移,坚持预防为主,促进健康和防治疾病结合,推动医学模式由过去的疾病治疗为主向预防、预测和干预为主的战略性转变。
世界各国人口流动的迅速增长已经成为当今社会的一个主要特征;此外,中国是一个人口大国,由于区域辽阔,地方性的传染性疾病会不断出现;广泛滥用抗生素而产生新的耐药株病原体,以及人类接触新的动物源病原体而产生新的疫病,都会导致新一轮的传染性疾病。这些情况使得生物安全成为当前国家安全的一个重要组成部分,需要我们建立健全的突发公共卫生事件处置机制,建立监测和防御新发传染病与再发传染病、突发公共卫生事件及生物防范生物安全网络体系,提高应对公共安全危机的能力。
由于我国社会节奏加快、社会竞争加剧和精神活动方式的改变,导致神经精神疾病的发病率明显增加,新的认知与行为障碍如网络成瘾正在成为困扰现代社会的严重问题。此外,人口的老龄化也导致神经退行性疾病发病率显著上升。解决认知、行为与精神障碍这个严重的社会问题,实现个人的身心全面健康,已经成为国家的迫切需求。要进一步加强对脑认知功能的物质基础和工作原理的研究,寻找心理、精神疾病发病的生物学基础,实行早期诊断和早期治疗,从而降低我国人群的心理、精神疾病的发病率,提高国民的智力和科技创新能力,促进和维持认知与心理和谐。
创新药物的研究与开发,集中体现了生命科学和生物技术领域前沿的新成就与新突破,体现了多学科交叉的高新技术创新与集成,是新世纪科技和经济国际竞争的战略制高点之一,也是提高人口健康水平的重要支撑。要争取在较短时间内,通过加强创新技术的发展和创新药物的研发,缩短我国与发达国家的差距,实现由世界制药大国向世界制药强国的转变,推动我国医药产业的发展。在继续重视和努力发展化学合成新药的同时,要应用生命科学和其他现代学科的新方法和新技术,研究中药的物质基础和治病机理,发展融合中西医药学的疾病预防模式。要把生物技术药物作为我国医药领域的重点发展方向和新的生长点,大力推进现代生物技术药物的研发和产业。还要大力发展综合工程学、生物学和医学的理论和方法的生物医学工程技术,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。
再生医学是通过机体内组织与器官中自身所具有修复功能的干细胞,或者植入具有多分化潜能的干细胞、功能组织与器官,来修复、替代和增强人体内受损、病变与有缺陷的组织与器官,达到治疗重大疾病的目的。干细胞作为再生医学的重要手段与研究核心,涵盖了基础与临床医学多个领域。随着干细胞技术的发展,基于干细胞的修复与再生能力的再生医学将有望成为继药物治疗、手术治疗后的第三种疾病治疗途径。
综上所述,制订我国人口健康的科技发展路线图的科技愿景,就是要在2050年前后,建立一个适应我国人口健康国情的普惠健康保障体系:以预防和控制重大慢性病为核心,将抗击疾病的重心前移,推动医学模式由疾病治疗为主向预测干预为主转变,由单一的生物医学模式向生物——环境——心理——社会的会聚医学模式转变,形成世界先进水平的生物安全、食品安全、健康营养生活方式的科技保障系统,建立中国特色突发公共卫生事件及生物防范体系,实现全民身体健康进而达到身心全面健康。形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的规模化医药研发产业链,大幅提升我国生物医药产业的国际竞争力,使我国成为生物医药产业强国。
矿产资源科技
我国矿产资源工作的基本现实矛盾是,一方面对矿产资源的需求量很大,已探明的主要矿产严重短缺;另一方面,我国矿产资源找矿潜力巨大,矿产资源利用水平不高,与矿业开发有关的环境问题突出,对矿床的研究、勘查和开发程度偏低。如何挖掘我国矿产资源的巨大潜力、提高矿产资源利用效率,从而缓解我国已探明的主要矿产资源严重短缺的局面,确保矿产资源开发利用与生态环境建设协调发展,我们认为除合理利用国际资源、降低单位产值对矿产品的消耗量、提高矿业管理水平以外,还需要在系统认知我国岩石圈独特演化历史的基础上,重点解决巨量成矿物质聚集过程、矿床的时空分布规律、成矿模型与找矿模型的关系等与成矿理论和成矿规律研究有关的三大科学问题;重点突破覆盖区和深部矿产资源探测、矿产资源高效清洁利用、矿产资源替代和循环利用等三个重要技术方向,并加强相关技术集成、试验示范和应用。
近中远期的战略安排是:2020年前,确定我国主要成矿区带的成矿规律和找矿远景;突破元素野外现场精确测定技术,航空物探技术,成矿信息高精度提取技术,东部地区深至2000米左右高分辨地球物理探测技术;提高重点矿山的矿产资源采、选、冶回收率和共伴生矿床综合利用率;开展紧缺矿产替代资源技术的先导性研究和开发;突破废旧金属高效回收利用技术;积极改善我国矿山生态环境状况。2020~2030年,建立我国大陆成矿理论体系;突破西部地区地下2000米以内矿产资源高效高精度探测技术;突破低品位矿和尾矿高效清洁利用技术;突破非水溶性钾资源的肥料化技术;基本恢复历史遗留废弃矿山生态环境,基本控制环境污染。2030~2050年,揭示地球系统与成矿系统的关系;突破地下3000米~4000米矿产资源探测技术;形成矿产资源高效清洁利用的整套核心技术;突破硅酸盐纤维替代大宗金属材料技术;基本建成我国可持续的矿产资源供给和利用体系,确保矿产资源开发利用与生态环境建设协调发展。
大致的指标是:2020年前,我国东中部地下2000米以内资源探明率达50%;矿产资源总回收率达50%,矿产资源综合利用率达45%,能耗下降20%,“三废”排放量降低30%,历史遗留废弃矿山生态环境恢复率达45%和污染环境修复率达30%以上,新建矿山土地复垦率达100%;重要矿产资源替代和循环利用率达20%~40%。2020~2030年,我国西部地下2000米以内资源探明率达50%;矿产资源总回收率达70%,矿产资源综合利用率达60%,能耗下降30%,“三废”排放量降低50%,历史遗留废弃矿山生态环境恢复率达65%和污染环境修复率达50%以上;重要矿产资源替代和循环利用率达30%~50%。2030~2050年,我国地下3000米~4000米以内资源探明率达70%;矿产资源总回收率达80%,矿产资源综合利用率达80%,能耗下降50%,“三废”排放量降低80%,基本控制矿产资源采、选、冶等生产环节对生态环境的破坏和污染;重要矿产资源替代和循环利用率达40%~60%。
能源科技
构建安全、可持续能源供应体系无疑需要解决许多科学技术问题,尤其是能源具有投资大、周期长、惯性强、关联多的特点,一旦方向选错或技术落后,将会在几十年的时间中处于技术受制于人的被动局面。
按照中国科学院党组的统一部署,由30多位专家构成的中国科学院能源领域战略研究组,从体现战略性、方向性和可操作性要求出发,以2008~2020年、2021~2035年、2036~2050年等3个不同发展时期为时间节点,按照能源发展需求→重要能源科技问题→重要能源技术方向→技术发展路线图→创新能源技术总体部署→保障体系建设的逻辑构思编制了《中国至2050年能源科技发展路线图》。
在能源重要技术方向和路线选择上研究组遵循了五项基本原则:第一,对于通过自主研发、但在时间上已经无法跟上需求的技术,选择引进消化吸收的路线;第二,对于未来有良好的应用前景、但还没有进入规模化应用的技术,选择关键技术攻关与重点突破的路线;第三,对于未来具有重大需求,但目前尚处于科学研究、探索阶段的前瞻性技术,选择完全自主创新的研究路线;第四,已经成熟、或已规模化产业应用的技术,如水力发电,在本次路线图中不作选择;第五,对于影响能源科技路线选择的多种因素,按照资源性——贡献度——环境性——技术性(自主创新度)——实现度——经济性的优先顺序选择。
《中国至2050年能源科技发展路线图》报告最终凝练出了10个旨在引领我国能源科技发展、造就中国特色新型能源工业、满足经济社会发展需求的重要技术方向,包括高效非化石燃料地面交通技术、煤的洁净和高附加值利用技术、电网安全稳定技术、可再生能源规模发电技术、生物质液体燃料和原材料技术、深层地热工程化技术、氢能利用技术、天然气水合物开发与利用技术、新型核电与核废料处理技术、具有潜在发展前景的能源技术。
根据对能源需求、技术选择和各种技术路线的研究,我们认为:至2050年,中国能源科技需要分不同阶段突破各种关键技术难题,力争经过40余年努力,使中国的能源科技创新能力大幅提升,改变目前能源技术和装备主要依赖进口的现状,保障我国能源安全。中国能源科技创新近中远期发展的阶段目标是:
2020年前后,突破新型煤炭高效清洁利用技术,初步形成煤基能源与化工的工业体系;突破轨道交通技术、纯电动汽车,初步实现地面交通电动化的商业应用;在充分开发水力能源和远距离超高压交/直流输电网技术的同时,突破太阳能热发电和光伏发电技术、风力发电技术,初步形成可再生能源作为主要能源的技术体系和能源制造业体系。逐步提高核能、可再生能源和新型能源占总能的比重。
2035年前后,突破生物质液体燃料技术并形成规模商业化应用,突破大容量、低损失电力输送技术和分散、不稳定的可再生能源发电并网以及分布式电网技术,电力装备安全技术和电网安全新技术比重将达到90%,初步形成以太阳能光伏技术、风能技术等为主的分布式、独立微网的新型电力系统;突破新一代核电技术和核废料处理技术(ADS),为形成中国特色核电工业提供科技支撑。实现核能、可再生能源和新型能源的大规模使用。
2050年前后,突破天然气水合物开发与利用技术、氢能利用技术、燃料电池汽车技术、深层地热工程化技术、海洋能发电等技术,基本形成化石能源、核能、新能源与可再生能源等并重的低碳型多元能源结构。
学科交叉和研发工程化要求路线图的实现需要在时序上,基础理论和技术应用的衔接上,技术竞争力和制造业的协同发展上全面积极推进,还必须调动科技人员的积极性和创造力,促进全社会能源科技资源的高效配置和综合集成,形成以政府主导、市场配置资源、产学研结合的能源技术创新体系,大幅度提高我国能源技术、能源产品、能源装备的自主创新能力。作为路线图实现的保障措施,必须加强政策、规则、标准的研究制定,加强人才队伍、科技平台以及大科学装置的建设,保障必要的科技投入,促进能源科技发展保障体系的创新。
(摘自《科学时报》2009.6.11)

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