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    由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办,中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻,2017年12月31日在京揭晓。

    此项年度评选活动至今已举办了24次。评选结果经新闻媒体广泛报道后,在社会上产生了强烈反响,使公众进一步了解国内外科技发展的动态,对宣传、普及科学技术起到了积极作用。

     

    2017年中国十大科技进展新闻  

    1.我国科学家利用化学物质合成完整活性染色体

    我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体,标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体,首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配,得到的酵母基因组具备完整的生命活性。该研究结果2017310日在《科学》发表,我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。自2012年开始,天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划(Sc2.0),旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体,占Sc2.0计划已经合成染色体的2/3 

    2.国产水下滑翔机下潜6329米刷新世界纪录

    我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机于20173月在马里亚纳海沟挑战者深渊,完成大深度下潜观测任务并安全回收,最大下潜深度达到6329米,刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署,由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头,包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作,总航程超过134.6公里,收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息,为海洋科学家研究该区域的水文特性提供宝贵资料。  

    3.世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生
      

    201753日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布光量子计算机成功构建。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平,团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源,通过电控可编程的光量子线路,构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明,该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍,通过和经典算法比较,也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。 

    4.国产大型客机C919首飞

     

    我国首款国际主流水准的国产大型客机C91920175514时许在上海浦东国际机场首飞。C919的全称是“COMAC919”,COMACC919的主制造商中国商飞公司的英文名称简写,“C”既是“COMAC”的第一个字母,也是中国的英文名称“CHINA”的第一个字母,体现了大型客机是国家的意志、人民的期望。第一个9寓意“天长地久”,19寓意C919大型客机最大载客量190人。C919拥有完全自主知识产权,是建设创新型国家的标志性工程,凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才,针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,研制人员共规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。  

    5.我国首次海域天然气水合物试开采

     

    2017518日,我国首次实现海域可燃冰试采成功,南海神狐海域天然气水合物(又称可燃冰)试采实现连续187个小时的稳定产气。这是“中国理论”“中国技术”“中国装备”所凝结而成的突出成就,中国人民又攀登上了世界科技的新高峰。源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来,点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次,也是全球首次对资源量占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。从“蓝鲸一号”起步的可燃冰试采,不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义,甚至可能给世界能源接替研发格局带来改变。  

    6.我国“人造太阳”装置创造世界新纪录

     

    国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着,我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置,对国际热核聚变试验堆(ITER)计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似,因此,东方超环也被称作“人造太阳”。该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持,也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。  

    7.中国科学家首次发现突破传统分类新型费米子

     

    中国科学院物理研究所科研团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子,为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一研究成果于2017619日由《自然》杂志在线发表。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。此次新型费米子的发现从理论预言、样品制备到实验观测的全过程,都是由我国科学家独立完成的,它是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。  

    8.量子通信“从理想王国走到现实王国”

     

    2017118日,我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试后,正式交付使用。2017616日,中国科学技术大学潘建伟、彭承志等带领的团队宣布,利用“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发,并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”于929日正式开通。结合“墨子号”卫星,我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。“墨子号”圆满实现了三大既定科学目标,用潘建伟的话说,千公里级的星地双向量子通信,终于“从理想王国走到了现实王国”。  

    9.中科院推出高产水稻新种质

     

    由中科院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的水稻育种团队于20171016日宣布,历经十余年研究,团队日前培育出超高产优质“巨型稻”:株高可达2.2米、亩产可达800千克以上、具有高产、抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝等特点。经农业部植物新品种测试中心DNA指纹检测,以及华智水稻生物技术有限公司56k水稻SNP基因芯片指纹图谱检测,确认“巨型稻”是一种水稻新种质材料。这种“巨型稻”光合效率高,单位面积生物量比现有水稻品种高出50%,平均有效分蘖40个,单穂最高实粒数达500多粒,单季产量可超过800千克/亩。它是运用突变体诱导、野生稻远缘杂交、分子标记定向选育等一系列育种新技术,获得的水稻新种质材料。  

    10.“悟空”发现疑似暗物质踪迹

     

    20171130日,中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果在《自然》杂志上刊发。“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特(TeV)能量处的异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测,意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如果后续研究证实这一发现与暗物质相关,将是一项具有划时代意义的科学成果,人类就可以跟随着“悟空”的脚步去找寻宇宙中5%以外的广袤未知,这将是一个超出想象的成就。即便与暗物质无关,也可能带来对现有科学理论的突破。“悟空”投入相对小,在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类粒子的本领”两项关键技术指标方面世界领先。 

     

    2017年世界十大科技进展新闻 

    1.新传感器技术可实现意念操控机械假肢

     

    一个国际团队在《自然—生物医学工程》上发表论文表示,在他们研发的传感器技术助力下,机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号,使假肢的控制更加灵活,这相当于用意念控制假肢。有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能。这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号,比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式,这样的操控可做到更精确,可完成的动作也更复杂,机械假肢的实用性随之提高。团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试,经过不断改进后,这类产品有望在未来三年进入市场。  

    2.DNA数据存储新法问世

     

    美国科学家在201732日出版的《科学》杂志上报告说,他们想出了一种新的方式将数据编码进脱氧核糖核酸(DNA),从而创造出迄今最高密度大规模数据存储方案。在这套系统中,1DNA具有存储215拍字节(2.15亿千兆字节)的能力。原则上,它可以将人类有史以来的所有数据存储在一个大小和重量相当于两辆小货车的容器中。然而这项技术能否起飞主要取决于成本。用DNA存储数据有很多优势。它是超级压缩的,并且在寒冷干燥的地方可以保存数十万年。同时只要人类社会还在读取和书写DNA,他们就能够解码这些信息。科学家还可以为这些文件制作几乎不受数量限制的无差错文件副本。  

    3.“二手”火箭,成功发射回收

     

    美国太空探索技术公司于2017330日利用翻新的“二手”火箭把一颗商业通信卫星发射上天,这是人类太空史上的第一次。此次发射的主要任务是把欧洲卫星公司的SES-10卫星送至地球同步静止轨道,但特殊之处在于这枚“猎鹰9”火箭的第一级曾于20164月为国际空间站运送过货物,此后降落在太平洋的一艘无人船上,是人类从海上成功回收的第一个火箭第一级。经翻新并加上第二级后,火箭第一级被运回肯尼迪航天中心再次承担轨道级发射任务。火箭第一级回收的目的是研制可重复使用的运载火箭。传统火箭都是一次性使用,一旦能够回收重复使用,将有望降低发射成本。  

    4.3D打印卵巢具有生育能力

     

    2017516日出版的《自然—通讯》杂志报道称,美国科学家通过3D打印技术,由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代。在这项研究中,科学家使用了一个具有发射凝胶喷嘴的3D打印机,而其所使用的凝胶来源于动物卵巢中天然存在的胶原蛋白。研究人员通过在载玻片上打印各种重叠的凝胶纤维图案来构建卵巢。随后,他们利用外科手术摘除了7只小鼠的卵巢,并在其位置上缝合了人工卵巢。小鼠交配后,其中3只雌鼠分别产下了健康幼崽。这些产崽的雌鼠同时还能自然泌乳,这表明嵌入支架的卵泡产生了正常水平的激素。该成果或能帮助因放疗或化疗导致不育的癌症幸存者恢复生育能力。  

    5.科学家成功用引力为星球测重

     

    《科学》杂志于201767日发文称,爱因斯坦的广义相对论提出100年后,科学家成功地运用该理论确定了一颗白矮星的质量,使当初在爱因斯坦看来“不可能的希望”成为现实。科学家在5000多颗恒星中寻找具有这种直线排列形式的星球,发现白矮星STEIN 2051 B恰好有着这种完美的定位——它在20143月正好位于一颗背景星球之前。他们利用哈勃望远镜对此现象进行观察,测量背景星球表观位置的微移动,这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据,他们估计,该星球的质量约为太阳质量的0.675倍。直接测量STEIN 2051 B的质量对理解白矮星的进化具有重要意义。  

    6.全球首次发现双粲重子

     

    欧洲核子研究中心于201776日宣布,经多国科学家共同努力,在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子,这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。这一最新发现来自欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)上的底夸克探测器(LHCb)合作组。据介绍,这种双粲重子含有两个质量较大的粲夸克和一个上夸克,质量约3621兆电子伏,几乎是质子质量的4倍,理论预期其内部结构迥异于普通重子。底夸克探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一,专门研究重夸克粒子的产生和衰变。  

    7.华人科学家宣布发现“天使粒子”

     

    美国斯坦福大学华人科学家张首晟等人于2017720日在《科学》杂志上报告说,他们首次发现了马约拉纳费米子存在的证据。这一重大发现解决了困扰量子物理学80年的难题,对量子计算也具有重要意义。张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子,哪些实验信号能够作为证据;加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作,在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的粒子,它们的反粒子就是自身,这种粒子被称为马约拉纳费米子。  

    8.科学家用基因剪刀修复人类早期胚胎致病基因

     

    201782日出版的《自然》杂志报告,一个国际团队利用CRISPR基因编辑技术,成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。研究人员以肥厚型心肌病为研究对象。这是一种常见的单基因遗传病,由MYBPC3基因突变引起,是青壮年运动员猝死的主要原因之一。研究人员利用CRISPR基因编辑技术修复了人类早期胚胎中的这种突变,且定向非常精确,没有在非靶点位置产生突变。研究人员介绍,精确的基因编辑技术还有助获得更多健康胚胎,提高体外受精成功率。但研究团队谨慎表示,相关基因编辑方法仍需进一步优化。  

    9.世界首个分子机器人诞生

     

    《自然》杂志于2017920日报道,英国曼彻斯特大学科学家研制出世界上首个“分子机器人”,其能接收化学指令并完成组装分子等基本任务,未来可用于研发药物、设计先进制造工艺以及搭建分子组装线和分子工厂。组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个,大小只有百万分之一毫米,将几百亿个这种机器人堆起来,也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人,却拥有机器手臂,能够根据指令操控单个分子,用机器手臂搭建分子产品。由于非常微小,这些分子机器人具有很多优势,能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等。  

    10.引力波研究获重要进展

     

    全球多国科学家于20171016日宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到这个引力波信号。此后2秒,美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。61日,科学家就称,第三次探测到了引力波。此次结果不仅再次验证了广义相对论,也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。927日,宣布第四次探测到引力波,这是欧洲和美国的探测器首次共同发现引力波。 

    我国首次海域天然气水合物试开采入选中国十大科技进...

    近日,中国地质调查局北京探矿工程研究所研发的“一种中高压可视型堵漏模拟评价装置”获国家发明专利授权,专利号ZL202110049846.4。

    本发明研制的中高压可视型堵漏模拟评价装置,主要由储液容器、透明堵漏筒及支架等部分组成,堵漏筒长度1m、内径65cm,最大工作压力5MPa,实现了堵漏作业模拟及堵漏替浆效果的可视化。目前,该装置已在所开展的绿色交联凝胶堵漏技术研究实验中,较好地模拟了堵漏作业,直观地显示了凝胶封堵模拟砂床的效果,为绿色交联凝胶堵漏技术研究提供了堵漏数据支撑。

     

     
    探矿工程所研发的“一种中高压可视型堵漏模拟评价装...

    近日,从国家知识产权局网站获悉,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所研发的“一种适用于受石油类污染泉水的原位净化处理系统装置”获国家实用新型专利授权,专利号:ZL 2018 2 0016804.4。

    本实用新型专利涉及污水修复装置技术领域,系统装置包括依次连接的预处理系统、曝气渠道、快滤装置、炭砂滤池系统;所述预处理系统包括与泉口连通的预沉池,覆盖于预沉池顶部的浮油吸附材料;所述曝气渠道与开设于预沉池侧壁顶部的预沉池出水口相连接;所述快滤装置包括与曝气渠道尾端连接的中空过滤容器,以及填充于过滤容器内部的过滤介质;所述炭砂滤池系统包括具有多个连续腔体的滤池箱,以及填充于腔体的过滤填料,滤池箱尾部设置排水口。

    该系统装置可降低污染水中的泥沙和浮油含量、气体物质和挥发性物质含量、污染物颗粒含量、有机物含量,层层净化,提高出水水质,以达到国家地表水环境质量标准要求。

    “一种适用于受石油类污染泉水的原位净化处理系统装...

    4月13日,在第49个世界地球日前夕,中国地质调查局青岛海洋地质研究所国土资源科普基地接待了青岛榉园学校五年级230名学生、老师和家长前来参观学习,这是单次来所参观人数最多的一次科普活动。

    为了做好这次科普接待工作,青岛海洋所精心制定了参观计划,在开放科普基地原有的地质石林和海洋地质科技馆的同时,为同学们准备了多个海洋科考及能源环境方面的科普报告,布置了一个可燃冰专题科普展,内容包括展板、模型、视频、虚拟现实(VR)体验以及可燃冰样品展示。

    在地质石林,科普志愿者给同学们细致地讲解了岩石的分类、成因、成分、结构等地质知识,引发了学生对岩石学的浓厚兴趣,他们不断提出自己的疑问,并得到了细致的解答。

    在海洋地质科技馆,科普志愿者从地球的形成和演化、海底的地貌、地质调查的技术方法,到第四纪的分类、恐龙蛋的由来等给同学们进行了讲解。同学们认真地倾听、仔细地记录,不时就不明白的问题询问讲解人员。

    在科普报告会场,科普专家为同学们作了“海洋石油哪里有”、“解密可燃冰”、“石头的故事”、“太平洋上的科学漂流”等四个科普报告。同学们认真听讲,踊跃举手提问,科学专家耐心解答,气氛非常活跃。

    最热闹的还是可燃冰专题科普展展区,有的同学驻足在展板和电视屏幕前,观看可燃冰科普知识;有的同学在虚拟现实系统前排队,带上头盔体验深海地质景观,身临其境地感受什么是海底冷泉、海底热泉,对看到的汩汩冒烟的黑、白、黄烟囱及烟囱周边的小动物群发出了啧啧的称奇声;更多的同学则被可燃冰点火实验吸引了,当科研人员从冒着冷气的液氮罐中取出可燃冰样品,向大家展示洁白的固体可燃冰时,同学们发出了欢呼声。当科研人员将可燃冰放入容器中,让同学们观察可燃冰分解的过程,然后打开点火器火苗升腾的那一刻,全场欢腾。大家纷纷拿出手机拍照录像,记录下这激动人心的一刻。

    经过近2个小时的科普活动,同学们走遍了4个科普场地,老师和家长对青岛海洋所的精心安排表示感谢,同学们表示收获很大,不仅学到了很多科学知识,也更加激发了他们探索海洋科学的兴趣。

    志愿者讲解中国海底地形地貌
    同学们专注了解标本信息
    志愿者讲解岩石标本
    排队参观
    带上头盔体验深海地质景观
    可燃冰溶解实验
    听取科普报告
    青岛海洋所为青岛榉园学校师生举办科普活动

    近日,中国地质调查局天津地质调查中心和中国地质调查局发展研究中心在京组织召开评审会,对2016年结题的部分标准制修订子项目成果进行评审。评审会上,由地调局水环中心主持制定的行业标准《地下水采样技术规程》和《地质仪器设备折旧标准》通过专家审查,两项成果均获评优秀。

    《地下水采样技术规程》标准内容全面,结构合理,涵盖了地下水采样的全过程,包括地下水采样器具、样品容器、采样方法、采样点采样、样品的保存运输与送检、质量控制等,可操作性强,对规范地下水样品采集工作具有重要的指导意义。可标准转化应用了地下水调查、监测与研究中的地下水采样先进技术和方法。

    《地质仪器设备折旧标准》系统梳理近1100种地质仪器设备,参照相关标准规范,制定了具有特色的地质仪器设备分类原则、分类方法和编码方法,规范了地质仪器设备的分类、统计与管理。建立了按专用与通用、应用对象、工作方法、工作手段和功能等地质仪器设备最稳定属性为分类依据的有层次排列并逐渐展开的五个层级类目分类体系,创新了地质仪器设备分类方法。

    水环中心两项标准制修订项目成果获评优秀

    位于南海大沥的机动车拆解厂正露天作业


    佛山容桂容奇大桥底下,江边草地上堆满废旧电视

    “城市矿产”,指工业化、城镇化过程中产生和蕴藏在废旧机电设备、电线电缆、家电、电子产品等废弃物中可循环利用的钢铁、有色金属、稀贵金属、塑料、橡胶等资源。


    在广东,专注废旧品再生利用、将垃圾资源化的“城市矿产”产业受到多方关注。但如果缺乏监管甚至无序发展,废旧品回收反而可能造成严重的二次污染。


    “这个产业,广东已经领先全国。不过,目前面临的一些问题令人担忧。”今年的广东两会上,中山大学教授杨中艺等20名广东省政协委员联名抛出提案《关于加强公共机构废旧物资回收利用监督管理的建议》,直指制造业名城、广东省两个国家级“城市矿产”产业示范基地之一的佛山。


    据介绍,由于宏观规划上的问题,以及日常监管的不完善,佛山废旧汽车、电子电器等回收拆解还存在小弱散乱、重复建设和恶性竞争等现象,隐藏着不小的污染风险。


    污染:缺乏严格监管,二次污染风险大


    时下,佛山正在声势浩大地推行禁摩和淘汰黄标车行动,废旧机动车的回收拆解和再生利用成为“城市矿产”各家必争之地。


    前不久,记者来到位于佛山市南海区大沥镇太平社区居委会边的一家无准确名称、只在大门上写着“国家指定报废汽车回收点”的企业。不时有拖车拉着三两台蓝色旧货车驶进企业,现场像是一个大型废品收购站。进门左边的大院子里,大量摩托车零部件随意堆放在漆黑的地面上,一台大机械正露天肢解一辆货车,旁边散碎的车架、轮胎堆成一座座小山。看门人对陌生人高度警惕,驱赶记者赶紧走开。


    在知情人士的带领下,记者又来到三水区321国道三茂铁路桥附近,顺着近20米的施工铁梯登上还在建设中的佛肇城际铁路高架,顺线走了两千米左右,俯瞰地面,一大片一大片的废旧摩托车、汽车映入眼帘,密密麻麻的后视镜在阳光的照射下成了闪闪亮亮的“繁星”;一台大型机械开足马力正忙着拆解。拉近镜头仔细一看,这座拆解厂不但没有车间,连施工水泥地也没有,直接在乡野泥地上作业。


    根据《报废汽车回收拆解企业技术规范》(GB22128—2008),报废汽车存储场地地面要硬化并防渗漏,拆解场地应为封闭或半封闭车间且远离居民区,并具备安全气囊直接引爆装置、专用废液收集装置、空调制冷剂收集装置、分类存放各种废液的专用密闭容器等。对于拆解作业程序,包括检查、预处理、存储、工具、管理等也有非常详细和严格的规定。


    去年12月24日,环保部华南督查中心所出的一份《关于通报佛山市报废机动车回收拆解企业有关环境问题调查情况的函》反映了更严重的问题:佛山目前有报废机动车拆解资质的企业有3家,日拆解能力220台,问题最多的是其中一家企业的5间下属公司(包括记者调查的两家在内),其中3间均无环评批复;危险废物转移不规范,废矿物油的回收点危险废物经营许可证已过期;废油、废电池未按规定贮存,随意堆放,存在废油废水遗漏、废氟利昂直接放空等现象。


    “‘城市矿产’,向左生态,向右就是更大的污染。在对资源回收利用的基础上,要防止造成二次污染,尤其是对废旧金属、电子设备等废品资源的处理。”杨中艺认为,目前的问题主要集中在缺乏有效监管、行业门槛过低上,“解决监管难的问题,最根本的途径就是立法”。


    困境:正规军“吃不饱”,游击队隐患多


    位于佛山市南海区丹灶镇的赢家再生资源回收利用基地,是该市惟一一家国家“城市矿产”示范基地。赢家环保科技有限公司年处理废旧家电200万台,主要是电视机。


    遗憾的是,虽然是有资质的废弃电器电子产品处理企业,但赢家目前能回收处理的主要是电视机,而空调、冰箱、洗衣机等“大件”却很难到达他们的工厂。


    该基地总经理刘彦雄分析称,因为体积大、运输成本高、相关的补贴标准又不够高,这些废旧电器往往在小区内就被废品回收人员用锤子、螺丝刀等工具“野蛮”拆解了,那些他们无法处理的部件就随意丢弃,“别看他们只是个体户,架不住人数众多,污染没法控制”。


    据悉,包括记者调查的两间废旧机动车拆解厂在内的5间公司,均是通过挂靠广州某公司的方式经营。而根据《报废汽车回收管理办法》(国务院307号令)、商务部《关于促进汽车流通业“十二五”发展的指导意见》(商建发[2011]489号)等相关法规政策,只有依法取得报废汽车回收拆解资格的企业,在经环保、消防等合法审批后,方可从事报废汽车回收拆解活动,严禁挂靠倒卖报废证行为,严禁跨区、重复设立回收网点。


    赢家再生资源回收利用基地于2012年10月获批,建设期5年。为此,广东省政府和佛山市政府曾公开表示,将组织、开展、推动该基地建设成国家“城市矿产”示范基地,采取有效措施确保示范基地建设目标、指标和任务如期完成。


    经过两年建设,该基地两个关键项目已投产运行,废弃电子电器拆解项目累计拆解废弃家电超过350万台,报废汽车回收拆解项目累计拆解报废机动车超5万辆。


    谈起下一步的发展,作为投资方的广东明杰环保科技有限公司董事长伍艳红却愁眉不展:基地的重点汽车处理项目每年设计小汽车拆解能力约13万辆、废旧货车及客车约5万辆、废旧摩托车约2万辆。但由于拆解回收能力过剩,加之市场混乱,在过多小、散、乱竞争主体的逼迫下,目前每天实际拆解仅20台,严重“吃不饱”,难以形成规模效益。更严重的是,各竞争主体间为了抢市场互相攻讦,甚至不惜恶意诋毁抹黑对方,产生了恶劣的市场影响。


    根据杨中艺等政协委员的观察,合法、有资质的企业一般都受到有关部门的严格监管,生产比较规范,因而生产成本远高于那些生产不规范、未受到严格监管的企业,其再生资源收购价相对于不规范企业而言也就缺乏竞争力,导致规范化生产企业获取再生资源的难度大,普遍出现“吃不饱”因而难以为继的问题。“龙头企业拆解量不够就意味着很大比例的废旧资源流向了大量不规范的小作坊、小企业,在体外回收循环,存在很大的环境污染隐患,直接影响循环经济的良性发展。”杨中艺说。


    在此基础上,去年年底、今年年初,佛山又试图推动另一家企业通过报废汽车回收拆解项目验收,更令不少关注“城市矿产”建设发展的人士愕然的是,赢家被批准为国家级基地后,广东省、佛山市曾明确,原则上在示范基地外不再审批新的同类项目,以便优化资源循环利用的空间布局。


    规划:准公共物品属性需集中化规模化


    政协委员们认为,要防止“城市矿产”产业的二次污染,不仅要严格强化政府的日常监管,更要从根本上抓好宏观布局规划和制度流程设计。有业内人士指出,佛山目前的状况,症结就在于规划不科学、不合理,以及分布散、规模小,导致了重复建设和恶性竞争,没有实现整个行业系统的有序发展。


    记者发现,对于到底是要集中,还是要分散,佛山市相关政府部门的态度暧昧不清,一方面是承诺避免重复建设,与此同时,在1月16日佛山市商务局的会议上,有关负责人又措辞严厉地说:“佛山不允许汽拆企业一家独大……佛山之前包括顺德一共有6家汽拆企业”。


    而国家层面早有明确态度。1月26日,商务部、国家发改委等印发《再生资源回收体系建设中长期规划(2015年~2020年)》,提出鼓励龙头企业以连锁经营、特许经营等现代组织方式整合中小企业和个体经营户。到2020年,85%以上的再生资源进行规范化的交易和集中处理;培育100家左右再生资源回收骨干企业,使再生资源回收总量达到2.2亿吨左右。


    虽属经营性行业,但部分政协委员认为“城市矿产”产业关系重大,一旦处理不好贻害深广,因而具有准公共物品属性。因此对于再生资源加工利用企业,应优化布局,既要杜绝行业垄断,也要适度集中,形成规模效应。


    专家建议,为规范废旧资源再生利用市场,推动“城市矿产”产业健康发展,佛山首先必须从顶层做好规划。“让小的作坊,或小的拆解企业都到基地里面来,到产业园区来集中拆解,便于政府监管及实现规模效益,真正实现‘减量化、资源化、无害化’,否则遍地开花,政府补贴多少都会打水漂。”广东省政协常委周永章说,此外,还要严格执法,加强监管,规范市场,确保资质不全、小弱散乱的企业不会成为环境二次污染的隐患和生产安全的“黑点”。

    “城市矿产”:向左生态,向右污染

      

     10月25日,在李四光学术思想研讨会开幕式上,当卢海龙双手捧起印有“李四光学者”五个烫金大字的大红色证书时,感到了光荣,也感到了沉甸甸的责任。
        作为中国地质调查局评选出的首批四位“李四光学者”中唯一的一位外籍学者,现任北京大学工学院讲席教授的卢海龙在天然气水合物研究领域颇有建树,在国际地球科学领域也享有一定声望。
        此次在要求极为苛刻的条件下获聘急需紧缺高层次人才,足以证明他的能力,也可以看出中国地质调查局对在他的带领下,在天然气水合物研究方面获得突破寄予的殷切希望。

        独特的经历使他积累了从野外调查到室内实验的丰富经验

        51岁的卢海龙与地质打了很多年交道。从上大学本科开始,他就一直在这个艰苦的行当里摸爬滚打。
        1985年,他毕业于北京大学,拿到了理学学士学位,学的专业是岩矿及地球化学。接下来的三年,他在中国地质科学院研究生部深造,拿到了理学硕士学位,学的专业是矿床地质学。此后,他远赴日本,先后在琉球大学和东京大学拿到了海洋地质学和地质学的硕士和博士学位。
        在读书期间和毕业后,他又先后在中国地质科学院矿床地质研究所、日本石油公团技术研究中心、加拿大地调局、加拿大国家研究院工作,2014年回到祖国,在北京大学工学院担任讲席教授。
        可以说,卢海龙与天然气水合物很有缘分。
        上个世纪90年代,卢海龙在东京大学攻读博士学位。在此期间,卢海龙参加了日本天然气水合物的首批项目,并于1998年获得日本第一个以天然气水合物为研究课题的博士学位。这非常难得,要知道,日本的天然气水合物研究虽然起步较晚,但在短短几年内就已居于世界先进水平。在日本的这段经历,为卢海龙今后的研究奠定了扎实的理论基础,也积累了初步的经验。
        毕业后,卢海龙并没有离开自己的研究领域。他在日本石油公团、加拿大地质调查局、加拿大国家研究院、北京大学等单位从事的工作,是气体水合物相关的研究,主要领域就是天然气水合物。
        卢海龙的工作内容,从微观到宏观,从气体分子在水合物笼子中的活动性到天然气水合物的成藏,涉及天然气水合物研究的各个方面,他在这些领域都取得了系列创新性研究成果与独特发现。
        他的工作,因此得到日本以及加拿大政府的肯定。在日本石油公团工作期间,他从事了大量的项目管理工作,是日本第一期国家天然气水合物项目规划的主要设计人员之一。他对日本天然气水合物项目作出的积极贡献,甚至得到了日本媒体的关注,《朝日新闻》就曾专门对此进行报导。在加拿大工作期间,他也曾因天然气水合物研究受到加拿大政府和加拿大自然资源部的嘉奖。
        一位参与评审的专家告诉记者:“卢海龙独特的工作经历,让他积累了关于天然气水合物从野外调查到室内实验的丰富经验。也为他创造性的工作,奠定相当扎实的基础。”

        具备很强的解决资源环境问题和基础地质问题的能力

        翻开卢海龙的简历你会发现,除了培训经历和学术服务外,他参加野外工作的经历可以拉出长长的一串:参与马尔马拉海天然气水合物调查;参加在加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的页岩气野外调查;参加在日本海的天然气水合物的调查研究,负责天然气水合物及孔隙水的样品采集和分析;参加在加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的页岩气野外调查……
        野外调查与室内实验相结合,使他具备了很强的解决资源环境问题和基础地质问题的能力。
        在他几十年的天然气水合物研究生涯中,不乏世界性的“首次”。例如,建立了针对不同类型天然气水合物的分析方法与程序,并首次发现了多成分天然气水合物的成分分布的不均匀性;首次确认H型天然气水合物在自然界的存在,并搞清了其结构、成分特征和稳定条件;在世界上首次提出“地层流体抽取法”的试开采原理与方法,主持完成了我国海域天然气水合物试采实施方案的技术内容。
    在微观实验研究和理论方法上,他研究出了独特的天然气水合物成藏机理和开发利用的模拟实验方法,并在气体水合物的基础和应用研究上取得重要认识;自主研制天然气水合物模拟实验用压力容器,在理论上弄清了氢分子在水合物笼子中的动力学特性;发展了用微量天平评价天然气水合物抑制剂的有效性和机理方法。
        “这些成果,有力地推动了天然气水合物的理论研究工作。”一位业内人士告诉记者。
        研究是为了应用。在开展理论研究的基础上,他还着重实现转化应用和有效服务。在他先后参加的日本南海海槽、加拿大马利克、日本海天然气水合物的野外调查中,他的理论直接推动了天然气水合物样品的发现,他也成为日本南海海槽天然气水合物样品的首批发现者之一。此外,他还参加了加拿大马利克三角洲天然气水合物生产试验,取得良好生产效果。

        注重人才培养和知识的传递 
        作为急需紧缺高层次人才,卢海龙深知人才的重要性。
        在他的地质生涯中,无论是理论研究还是野外调查,都把人才培养放在重要位置上。在加拿大国家研究院工作期间,他培养了来自多伦多大学、英属哥伦比亚大学、女王大学、渥太华大学和卡尔顿大学的研究生,为两家印度石油公司、美国科罗拉多矿业学院、美国奥本大学、中国地质调查局和中国科学院培训天然气水合物研究人员12名。
        回到国内,他在北京大学组建了一支由地球化学、地质学、地球物理学、微生物学、力学、物理学、油气生产数值模拟等20余位专业人员组成的天然气水合物研究队伍。这支队伍,在开展天然气水合物勘查和开发有关的基础物理、化学性质研究中,正发挥着重要作用。

        将把配合国家天然气水合物专项研究需要放在首位

        卢海龙是中国地质调查局—北京大学天然气水合物重点实验室(国际研究中心)首席科学家。
        这个实验室由中国地质调查局和北京大学共建,目标是面向我国天然气水合物发展战略需求,建立世界领先的天然气水合物实验平台,并力争在天然气水合物基础物性与理论、资源勘查与评价、开发技术与环境效应评价等方面取得突破,为我国天然气水合物勘查与试采工程及商业性开发提供技术与理论支撑。
        一方面,由于长期从事气体水合物相关的勘查与实验研究,对天然气水合物研究的前沿问题,卢海龙有着深刻的认识。另一方面,由于长期与国内天然气水合物研究单位开展深入的交流合作,他对国内天然气水合物研究中迫切需要解决的问题,也有一定程度的了解。兼具这两点,在促进国内天然气水合物理论研究与开发利用工作中,卢海龙正发挥着重要作用。
        在获聘首批“李四光学者”后,卢海龙很感慨:“这是项很大的荣誉,同时也是很大的压力。”压力,体现在今后的工作中。
        卢海龙对今后的工作有这样的设想:“将把配合国家天然气水合物专项(尤其是天然气水合物开发利用)的研究需要放在首位,促进国内天然气水合物的调查与开发利用,并建立团队,对天然气水合物相关的前沿科学问题进行研究。”
        其具体内容包括很多方面。例如,将在认真评估现有生产方法的基础上,开发海域天然气水合物开发利用新方法,为我国首次海域天然气水合物试采的顺利进行而努力;协助完善中国海域天然气水合物调查和评价方法,在调查方法确定后,根据开发需求有针对性地对天然气水合物开展调查。
        此外,卢海龙还将带领他的团队,开展天然气水合物在中国海域成藏特征的研究,研究天然气水合物和深部油气的关系,开展天然气水合物基础物性有关实验研究。
        今后的目标,正如卢海龙的获聘感言一样:“我们要继承李四光先生的开拓精神和科学精神,用创新性的成果,真正将天然气水合物作为一种能源,充分利用起来”。
     

    继承李四光先生的开拓精神和科学精神

    为进一步提升实验室规范化管理水平,加强一线实验人员安全责任意识,10月29日,自然资源部中国地质调查局国家地质实验测试中心邀请北京大学化学与分子工程学院副教授杨玲,围绕实验室安全操作要求、危化品管理等内容开展了实验室安全教育培训。相关管理部门、业务部门负责人及从事实验工作的在职人员、外聘人员、学生共计50余人参加了培训。

    杨玲老师通过实验室安全典型案例并结合自身的专业特长,针对危化品分类、化学品基础安全信息识别、危化品管理法规要求、压力容器安全使用等方面做了深入细致的讲解。她强调,实验人员一定要养成良好的实验习惯,强化安全风险防范意识,防患于未然。会后,杨玲老师到实验室进行实地检查,针对存在的问题,提出整改意见,将多年从事危化品实验工作总结的方法经验与大家分享,并对一线人员的提问进行现场解答。

    通过此次培训,使大家更全面地了解当前安全生产形势,提升了实验室危化品使用规范管理水平,增强了做好危化品风险管控的责任感和自我保护能力,取得了积极的成效。

     

        

      

     

    实验测试中心组织开展实验室安全教育培训会

    青海共和干热岩GH-03井钻探现场。 北京探矿工程研究所供图

    得知我国首台超高温高压钻井液流变仪通过了科技部鉴定,多家公司迅速将订货电话打到了自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所仪器研发中心。

    这台流变仪有何独到之处?为何会引起市场的热烈反应?近日,记者走进该仪器研发单位——北京探矿工程研究所一探究竟。

    高温地质钻探关键测试仪受制于人

    青海省共和县,我国第一个干热岩勘查与试采项目已进入攻坚战的第二阶段——即将突破高温硬岩钻井和储层建造技术,实现干热岩试验性发电。彼时,共和盆地GH- 03井深已达4008.88米。保障钻探工程高效、安全钻进至关重要。

    钻探是靠钻头高速旋转磨削岩石而钻进的。钻进过程中,磨削的大量岩屑若得不到及时清除,就会堵住钻杆与孔壁之间的空隙,造成埋钻、卡钻、烧钻、漏失、塌孔等事故。

    目前,清除这些“飞砂走石”主要靠液体循环法,即通过钻杆向钻孔底部输送高速循环钻井液将岩屑带到地面。

    “钻井液被称为钻探工程的‘血液’,其流变性(如粘度、切力等)直接影响钻探效率和质量。”北京探矿工程研究所仪器研发中心主任赵建刚介绍,由于地下地质情况千变万化,不可能有一款适应所有地质体的万能型钻井液,只能根据地下温度压力变化情况及时调整钻井液的配方。

    这就需要一种专用仪器——钻井液流变仪,用来模拟井下的温度压力状态,实时测定钻井液等样品的流变性,避免误判。但超高温高压钻井液流变仪的核心技术此前一直被西方国家垄断,我国相关设备长期依赖进口。

    而这种流变仪是高温地质钻探领域的关键测试仪器,在深部油气、深部矿产、高温地热、天然气水合物及大陆科学钻探等深部钻探工程中发挥着重要作用。国际油气钻探工程招标中,流变仪是必备的测试仪器之一。

    “西方国家生产的一台超高温高压钻井液流变仪价格普遍在200万元以上,中石油、中石化、中国海油等每年都要从国外采购十几台。”赵建刚说。

    随着油气和固体矿产勘查逐渐向深部转移,我国地热、页岩气、天然气水合物等新能源开发日渐火热,深地钻探工程研究不断展开,钻探企业国际经营力度逐年加大,在超高温高压钻井液流变性测试分析上不再受制于人的呼声越来越高。

    5年攻关打破技术产品垄断

    为突破“卡脖子”技术,北京探矿工程研究所于2012年向科技部申请了国家重大科学仪器设备开发专项“超高温高压钻井液流变仪的研发与产业化”项目。

    经过5年多艰苦努力,研发团队攻克了耐高温高压测试腔结构、外环式强力磁耦合旋转驱动装置、高精度粘度测量和井下环境模拟等技术,自主研发了国内首台超高温高压钻井液流变仪——Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪,一举打破了国外高端钻井液流变性测试仪器的垄断,填补了国内空白。

    “与现今国外最先进的产品比,我们的参数更优。”赵建刚说,目前,国外产品的超高温高压数据只能做到310摄氏度和206兆帕,北京探矿工程研究所研发的流变仪可做到320摄氏度和220兆帕,最低可做到零下20摄氏度,并且达到冷却温度所需时间仅为国外最好产品的三分之一。

    据介绍,与国外同类产品相比,Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪具有以下优势:

    一是降温时间更短,为连续不间断测试奠定基础。研发团队创新耐高温高压测试腔结构,攻克了高精度粘度测量技术。测试腔采用单层厚壁容器的一体化设计方法,选用耐酸碱盐腐蚀、在高温高压下不变形的特种材料加工而成。

    二是使用寿命更长。团队研发了外环式强力磁耦合旋转驱动装置,实现了从高温高压测试腔外部通过磁场耦合非接触式驱动测试外筒转动。同时,采用高精度磁场传感器以非接触方式测试代表样品粘度大小的磁偏转角度。在转速驱动和粘度测试两套非接触式磁系统之间,设计了独特的磁屏蔽结构,避免了相互之间发生干扰。攻克了以上技术,就从根本上消除了以往传统设计中出现的高温高压动态密封寿命短和粘度宽范围精密测量的难题。

    三是测量精度更高。采用永磁技术研制适用于高温高压钻井液流变仪的高精度电机及控制电路,实现流变性的高精度测量。电机转速实现了0~1000转/分钟范围内的无级调速全自动控制。

    四是可控程度更强。自主研发的稳定可靠的测控软件可设置转速、温度、压力、时长等参数,组建复杂、专业的自动测试序列,模拟井下真实环境,实现自动、连续的流变性分析。

    五是市场适应性更广。自主开发设计的软件,可实现中英文一键式简单切换,可适应国内外两个市场的需求。软件底层采用国际通用的Labview 开发平台,用户购买后还可根据具体需要进行拓展。

    业内专家表示,未来该仪器大规模进入市场后,可大幅降低钻探成本,为地球深部探测、高温干热岩钻探、天然气水合物钻采、大陆科学钻探、深部油气矿产勘探开发等重大工程提供高温高压真实条件下的钻井液流变性的实时测试评价手段,确保深部高温高压钻探安全、高效。

    研发和产业化工作同步走

    产品研发和产业化同步——产品研发的过程就是产品迭代的过程,产品验证的过程就是市场推广的过程。这是研发团队一直坚持的思路。

    2020年,Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪产业化样机经过1500多公里的跋涉,被运到了青海省共和县干热岩GH-03定向井施工现场。

    共和干热岩地层温度高、裂隙发育明显,钻探过程中易出现地层坍塌掉块、卡钻、埋钻等风险,对钻井液流变性、携沙性、封堵性、护壁性等要求较高。

    为及时监测现场钻井液流变性能,实现钻井现场快速决断,工作人员使用Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪及时测试现场超高温水基钻井液在200摄氏度和50兆帕环境下配方性能,根据试验结果,随时调整钻井液配方,有效满足了干热岩高温环境下钻井液性能需求,大大提升了钻进效率,保证了井下安全,确保了GH- 03定向井安全、顺利完钻。

    早在2017年样机刚出来时,研发团队就在室内试验的基础上,带着样机先后走进中石油、中石化、中国海油和中国地质大学(北京)、中国石油大学(北京)等单位进行了实验验证。

    2018年,研发团队带样机到长江大学进行实验。得知消息后,荆州的3家泥浆助剂生产企业,立即请求研发团队帮其进行测试。原计划一周完成的实验,延长到了一个多月。

    “测试结果能作为现场井底实际情况的真实模拟。实验测试结果准确、数据可靠,完全可替代同类进口产品。”锐晖华辰能源科技(北京)有限公司在用户使用意见书中写道。

    业界的反馈也让研发团队备受鼓舞。赵建刚表示,接下来,他们将围绕深部油气、高温地热和大陆科学钻探等钻探工程现场特点及需求,进一步优化超高温高压流变仪结构,增加钻井液超高温高压密度和沉降稳定性测试功能,逐步实现模块化、小型化、系列化和多功能,同时大力拓展国内外市场,加速推进科研成果产业化。

    科研成果的取得,离不开植根脚下的土壤。多年来,北京探矿工程研究所坚持“聚焦行业重大需求组织科研工作”理念,培育适合科技创新的土壤、调动科研人员的积极性。一方面,该所利用科技成果转化基金设立所立科研项目,作为国家科技专项和地质调查项目的重要补充,开展钻探新技术与产品的研发,为青年科研人员搭建创新平台。另一方面,以“效率优先、兼顾公平、鼓励创新、注重实绩”为原则,优化绩效工资分配管理,向有突出贡献的人员倾斜。

    截至目前,该所共完成国家级、部级各类科研项目260余项,获国家科技进步一等奖、二等奖以及部级科学技术一等奖、二等奖等50余项,获专利、软件著作权等90余项,为我国地质事业发展作出了积极贡献。

    为深部钻探精准注入“血液”

    北京时间12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是嫦娥五号首次月球“挖土”并“打包”带回地球,它的一系列操作中也有行星地质学家的智慧与汗水——

    嫦娥五号探测器实施动力下降并成功着陆,将在预选区域开展月面采样工作 图片来源:国家航天局

    肖龙(右)在北京航天飞行控制中心工作现场

    此次嫦娥五号迈出中国探月工程“绕、落、回”的关键一步,实现月面自动采样并成功返回,是我国探月工程最复杂、难度最大的任务之一。而早在10年前,中国地质大学(武汉)肖龙教授团队、段隆臣教授团队和李大佛教授团队就接受任务,为嫦娥系列任务研制模拟月壤、绘制采样点地质地貌地图,研究采用何种型号钻头、使用何种钻探方法取样……

    研制模拟月壤,助力月面钻探取样

    月面采样能否成功的关键因素之一,是要了解月壤的性质,并研制出与实际月壤性质较为相似的模拟月壤,用于采样工程技术验证。从2011年开始,中国地质大学(武汉)行星科学研究所肖龙教授和他的团队就开始着手为嫦娥系列任务研制可供实验的月球土壤样本。在肖龙的实验室兼办公室,桌面上摆放最多的就是各种类型的模拟月壤,这也记录了他们团队10年的奋斗历程。

    由于缺乏真实样本数据,他们只能用有限的陨石和遥感数据反复进行分析,用不同的材料进行配比尝试。为保障模拟月壤的高仿逼真,肖龙带领团队调研了“阿波罗载人登月计划”采集的月壤样品性质,获得了实际月壤的相关参数,以及随深度变化的月壤剖面结构。团队根据实际月壤的可能状态和月面低重力的工作环境,选取了不同类型的玄武岩、火山灰、斜长岩、钛粉等数十种与月壤性质较为相似的地球岩石和矿物,选择特定的工艺,对岩石进行破碎加工,制造出颗粒形态和成分等都与实际月壤相似的原料,进而将不同粒度的原料进行配比。

    经过大量试验和迭代,团队成员研制了不同密度、不同级配、不同成分等10多个系列的模拟月壤,被工程单位用作地面钻探试验,确定各项钻探参数,再根据这些参数设定月面钻探取样的工作模式。

    肖龙介绍,为嫦娥系列任务研制模拟月壤的10年来,其团队总共为工程单位提供了近100吨模拟月壤;共研发出60多个种类的模拟月壤,经过反复筛选,其中10多种被最终确认为试验用月球土壤。近几年,他们还研制了用于材料加工(如3D打印)的模拟月壤,以及模拟火星土壤等,为月球基地建设、火星探测、地外资源利用等提供支撑。

    绘制大比例尺月球地质图,为“嫦娥”指路

    如同打仗需要战场地形图一样,嫦娥五号降落月表同样需要一份详细适用的地图。只有廓清落点的地质地貌,才能确保嫦娥落月的安全。因为涉及月面取土作业,这份地图还必须涵盖落点附近的地质构造,以满足嫦娥五号的工作需求。

    据了解,嫦娥五号预选着陆区东西长约450公里、南北宽约120公里,总面积约5.5万平方千米。这么大面积的月海地形地貌图如何绘制?作为采样点选址的一项关键工作,肖龙教授带领团队在结合以往国内外月球地质填图资料和填图规范的基础上,建立了利用多源遥感数据开展月球地质填图的方法和流程,包括落月点地形地貌、石块分布、月壤厚度以及撞击坑统计定年;并采用高程数据计算预选着陆区山体阴影、坡度,月海的地形特征和玄武岩厚度;采用多光谱数据反演铁钛含量、计算光学成熟度、合成假彩色影像和月壤粒度。

    经过10年努力,肖龙教授带领团队顺利完成并提交了《嫦娥五号预选着陆区1∶25万地质图》,基本查明了嫦娥五号预选着陆区的地质框架和地质事件序列,为嫦娥五号着陆提供了大比例尺月球地质图。该地质填图成果为探月工程提供了基础地质支撑,通过对月海玄武岩物质成分、玄武岩喷发历史和撞击坑等着陆区域专题研究,确定了地层切割关系、成分和矿物组成,厘清了该区域的地质演化历史。

    “《嫦娥五号预选着陆区1∶25万地质图》完全覆盖嫦娥五号预选着陆区,弥补了预选着陆区没有大比例尺月球地质图的空白,是我国嫦娥五号任务重要的参考资料。该地质图表现了预选着陆区范围内各种地形、地貌、地质信息,以及主要地质单元的分布、年龄、岩性、化学成分、矿物组成等特征。丰富翔实的地质图面内容可以为嫦娥五号任务选择一个样品价值最为丰富、实施难度适中的着陆点提供依据。同时,也为返回样品的研究提供了不可或缺的地质背景信息。”肖龙介绍说。

    作为嫦娥五号钻取子系统飞控专家组成员,肖龙还参与了嫦娥五号科学目标的论证和采样点的选址工作。

    北京时间12月1日23时11分,嫦娥五号在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近成功着陆。着陆点位于月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区,这是中国探测器第三次在月球实现软着陆,也是人类探测器首次踏足这一领域。为什么选择在此处采样?

    肖龙表示,着陆点的选址最主要考虑两点,一是工程的安全性,二是要有重要的科学价值。工程方面,主要考虑地形、地貌、坡度、光照和通信条件等因素;科学方面,重点考虑在月球科学中的价值,能否为回答月球科学问题提供关键样本。着陆点要远离以往着陆采样区,还要有与以往不一样的样品,能够回答以往没有解决的科学问题。吕姆克山区域有月球上最年轻的火山岩,样品的研究意义很大。

    设计螺旋钻进方案,破解钻头散热难题

    钻取月壤的钻头要钻进月表2米深,而月球上没有空气和水,那么,高速旋转下的钻头该如何散热?中国地质大学(武汉)段隆臣教授团队和李大佛教授团队参加了部分钻探方案设计和钻探模拟试验等工作。

    段隆臣介绍,月球钻探与地球钻探的最大不同是环境不一样。有利的是,月球引力只有地球引力的1/6,机械设备消耗的功率较小;不利的是,月球上是真空环境,重力环境也发生改变。此外,在地球环境下,钻头钻进往往会使用冷却液,给钻头降温才能继续工作,而月球上没有空气和水,钻头在高速运转中产生的高温无法散热,必然影响钻头工作。

    段隆臣带领团队经过理论计算,确定了在月球上钻探2米需要的动力储备,并通过低密度的月壤模拟低重力效果,经过反复尝试,最终选定螺旋钻进方案。在钻头的选取上,李大佛教授团队也进行了很多有益尝试。

    “钻头钻进后,月壤的一部分会由钻头的螺旋叶片带出,另一部分月壤通过空芯钻杆带回地球。”段隆臣团队成员高辉介绍了钻取月壤钻头的工作原理:螺旋叶片带出月表的月壤可以有效降低钻头的温度,不需要再进行冷却也能确保钻头正常工作。

    高辉介绍,嫦娥五号的取土作业采用机械臂表取和钻具钻取两种方式进行,其中表取1.5千克、钻取0.5千克。表取由机械臂采用挖、夹、铲等动作完成,表取的机械臂相当于机械手,非常灵活,配合计算机视觉系统,可以实现自由抓取。

    月球样品成功返回后,中国地质大学(武汉)将积极申请样品,开展相关研究工作。“月壤样品宝贵,成分非常复杂,需要系统开展研究,包括月壤颗粒粒度、岩石矿物组成、年代学、元素和同位素组成等。通过系统的研究,可以获得有关对月球火山活动历史、月幔物质组成、月球热历史等方面的新认识。这些工作将由多个单位共同完成。”肖龙说。

    月球取土,地质科技来帮忙

    近日,从国家知识产权局获悉,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局获得3项实用新型专利授权:《一种粘土悬浮液提取装置》(专利号ZL201920914432.1)、《一种天然气水合物探测车》(专利号ZL201921495432.9)和《一种用于探测海底气体输送管道泄漏的装置》(专利号ZL201921492545.3)。

    《一种粘土悬浮液提取装置》是针对实际工作中,对粘土悬浮液提取过程中存在的问题,对悬浮液提取装置进行了改进,设计并加工了全新的装置。通过在玻璃短管内放置有进气吸耳球和在出口段玻璃管的出口处连接有鸭嘴阀,在不扰动容器底部的液体和物质,达到提取粘土悬浮液的要求。本装置已在实际工作中得到应用,大大提高了工作效率。

    根据分子扩散原理,海水中甲烷浓度与距海底甲烷溢出点的长度的三次方成反比,因此,海水中甲烷浓度随着离底部距离的增加而迅速衰减,直到低于甲烷传感器探测范围。按照设计,《一种天然气水合物探测车》将甲烷传感器尽可能的贴近海底表面,可以实现对微量甲烷渗漏的检测,从而对海底天然气水合物矿藏的精准探测。

    《一种用于探测海底气体输送管道泄漏的装置》设计出一种使用灵敏探头的方式,实时对海底管道的泄露进行监测和报警,具有一定的应用和推广价值。

    《一种天然气水合物探测车》和《一种用于探测海底气体输送管道泄漏的装置》均是基于天然气水合物调查和研究中现有地球化学现有设备和探测技术,为未来水合物开采提供重要的技术储备。

     

     

    广州海洋局获3项实用新型专利授权

    “南极作业时间宝贵,一天也不能错过。”科考船“海洋六号”船见缝插针,利用两次气旋之间仅24小时的作业时机,1月7-8日间顺利完成了3个站位的地质取样作业,获取到第一批宝贵的南极海底地质、海水等样品。至此,“海洋六号”已全面开展各项任务,部分任务进程过半,进展总体顺利。

    从多道地震、多波束、浅层剖面测量,再到重力柱状取样、温盐深测量与采水,首次奔赴南极的“海洋六号”开展的海洋地质和地球物理科考调查,重心直指潜藏在数百米乃至数千米南极海域与海底的“深度奥秘”。

    在南极“插管”取样

    600公斤的圆形铅块排列成组,与空心钢管连接组合成的一枚巨大的“铁锥”,由钢缆牵引,投向南极冰海,200公斤的重锤相伴而至,在海底以加速度冲击,将空心管插入冰冷的海底泥,以钢制“莲花瓣”封口后,将几十万年沉睡的海底泥一管管牵引回船。7日傍晚,科考船“海洋六号”第一次在南极海域开展重力地质取样。

    形象地说,重力柱状取样就是在南极海底进行“插管”取样。通过给海底表层“插管”取样,最多时能获取到海底十几米长的浅表层沉积物,也就是海底的“表层皮肤”样本。紧接着,负责试验分析的科考队员李强、何赵迅速将样品采集出来后,到船上实验室,对这些样品中所含的空气、水分以及沉积物的组成成分等多种信息做进一步现场分析。

    首席科学家助理付少英说,后期,还将对这些样品做进一步的分析研究,通过结合这些信息,将可以真实再现数百万乃至数千万年南极的地质演化历史。

    但严酷的极地环境和陌生的海域给首次在南极开展工作的“海洋六号”构成了极大挑战。在8日凌晨开展的九米长重力柱状取样中,由于遭遇坚固的海底沉积层,坚硬的钢管竟然被挤压如弯弓。但科考队凭借丰富的工作经验和顽强的意志,迅速适应了这一局面。通宵作战后,“海洋六号”成功从南极3550米水深处的海底取得了长达六米多的沉积物样本,这些珍贵的样品将带给我们丰富的南极海底信息。

    给南大洋“量体温”

    由24只取水容器环绕钢圈排列,组成一套自动取水装置。同时,还搭载着测量海水溶解氧以及两套多普勒海流剖面仪组合在一起。以钢缆牵引,投入南极冰海。以每间隔5秒的频率记录一次海水的温度、盐度和深度以及溶解氧的成分等数据。这是科考船“海洋六号”开展温盐深测量与采水工作。

    按照预先设定的程序,取水容器到达预定深度后,即按顺序自动打开一管,采满水后随即自动关闭,这样,即可实现在预定的24个层位获取到分层海水样品。“海洋六号”1月8日开展的温盐深测量中,最深采集到了3550米水深的南极海底底层海水样品。

    专业组长庞云天告诉记者,“海洋六号”船此次开展的温盐深测量,通过写入的程序控制整套采水器系统,能获得预定位置,由海面到海底预先设计深度的海水温度、盐度、声速、密度、溶解氧、流速及流向等一系列数据,结合对海水样品的室内化学分析,可以研究出这一区域海水的物理化学性质、水层结构和水团运动状况。

    首席科学家何高文介绍,尽管南极海底都覆盖在冰冷的海水之下,但承载海水的海底表层受地心岩浆和板块运动影响,仍然具有温度,测量不同地层深度的温度,对于了解地壳运动和地质变化具有重要意义,“我们这次选择的海域是一个古老板块曾经活动的区域,在南极海域板块中具有独特性。”

    通过给南极“插管”、“量体温”,以及“做CT”等先进的调查技术,“海洋六号”船执行的中国第33次南极科考航次,将获取到一大批关于南极海底地层结构、地质状况、环境变迁等基础数据,进一步开展科学研究,将为人类认识南极、了解南极积累丰富的资料。

    重力柱状取样 

    遭遇坚固层,钢管被挤弯 

    采获第一个重力柱状样 

    4.测量样品长度IMG_6894

    测量样品长度 

    南极海底沉积物样品 

    6.抽取海底沉积物样品中的空气和水分IMG_7052

    抽取海底沉积物样品中的空气和水分

    采获南极3550米深度的海水样品 

    给南大洋量体温 

     

    给南极 “插管”、“量体温”