“提出重大科學問題工程技術難題并判別其優先順序，是科學發現和技術創新的出發點和動力源，是解決問題、難題，取得科技突破的關鍵一步。”在8月15日舉辦的中國科學技術協會年會閉幕式上，中國科協發布了2020“重大科學問題和工程技術難題”。作為一項有1.88萬名院士、專家、一線科技工作者參與評選的活動，今年的這些問題和難題具有哪些特點，連續三年的發布產生了哪些科研和社會影響，未來會如何解決這些問題和難題，本文通過對中國科協學會學術部部長劉興平的采訪，對此進行解讀，同時對評選出的
十大科學問題與十大工程技術難題進行介紹。

與國家乃至人類發展密切相關
記者：重大科學問題和重大工程難題已經連續發布了三年，與往年相比，今年有哪些特點？
劉興平：此次的重大科學問題與工程技術難題征集的覆蓋面比往年更廣，共有96家全國學會、3家學會聯合體和4家企業科協參與，覆蓋面超過了2018年的69家和2019年81家全國學會。同時，也初步建立了國際合作機制。中國航空學會，中國創造學會聯合體，中國巖石力學與工程學會等全國學會，聯合了世界自然基金會，荷蘭宇航院，國際地質災害與減災學會，國際巖石學會，國際巖石力學與巖石工程學會等國際組織和國家組織，共同提交了若干個問題和難題。

為了保證問題和難題提交的質量，今年在征集階段首次邀請院士提出問題，發動科技界共同參與，今年的網絡初評階段共有18864名科技工作者參與投票，其中含432名境外科技工作者，實名投票數50346票，比往年有大幅提高。

值得注意的是，今年入選的前沿科學問題——“冠狀病毒跨種傳播的生態學機制是什么”在初選之際就頗受科技工作者關注。該問題最終入選，說明這些問題難題同樣也是社會發展中迫切需要解決的實際問題。科技工作者的關注點，也同樣與社會發展密切相關，與國家乃至人類發展密切相關。這也體現了此項活動具有重要的現實意義。

研判前沿趨勢，優化愛科學的環境
記者：自中國科協發布重大科學問題和重大工程難題以來，產生了哪些科研和社會影響？
劉興平：2020重大科學問題與工程技術難題發布活動征集到103家全國學會提交的490個問題難題，1.88萬名院士、專家、一線科技工作者參與。

中國科協一直堅持尊重科學家對科學前沿的敏感性和探索精神，重視發揮跨界學術交流孕育創新的積極作用，團結引導科技工作者科學研判前沿趨勢、識別重大問題。我們每年的發布活動引起了廣大科技工作者的關注，形成了廣泛影響力，也讓廣大科技工作者更好地把握世界科技前沿和發展趨勢，引導他們圍繞這些重大難題開展科研工作，為經濟社會可持續發展貢獻力量。

此外，為加強科技前沿進展與未來趨勢研判，建言國家中長期科技發展規劃，今年中國科協還組織召開基礎科學重大問題高層次研討會，組織中國數學會、中國物理學會、中國化學會、中國細胞生物學學會等11家與基礎研究相關的全國學會凝練基礎科學重大問題、推動科技體制機制創新、培養領軍人才等主題深入研討，形成若干戰略共識。這項工作也受到教育、科技等多個相關主管部門的關注，他們了解重大科學問題與工程技術難題的詳情，希望這項活動能夠為科技規劃和中長期戰略規劃做參考。

這項發布活動還形成了學術、智庫、科普相融互促的良好局面。今年參與評選和關注的人數比往年增加了160%，國內有50多所高校在微博、公眾號發布投票和交流信息，公眾參與十分廣泛。中國科協也以發布重大難題為契機，不斷激發青少年科學興趣、優化愛科學的環境，推動高端科研資源科普化工作，促進公眾理解和支持科學，營造講科學、愛科學、用科學的環境。

將不斷推動攻克科研問題難題
記者：在怎么攻克這些問題和難題方面，未來還會開展哪些工作？
劉興平：提出重大科學問題工程技術難題并判別其優先序，是科學發現和技術創新的出發點和動力源，是解決問題難題的關鍵一步。
自2018年中國科協發布重大科學問題和工程技術難題以來，中國科協通過組織學術交流、專題研討會等形式，不斷推動攻克這些問題難題。中國科協正在完善重大問題凝練與持續性智庫機制建設。同時在國內重大問題研討基礎上，探索與國際科學共同體開放協同、與國際科技組織交流合作的機制，以此助推中國科學家深度參與全球科技治理。

中國科協還以“科創中國”建設為切入點，打造“三庫一平臺”（問題庫、項目庫、人才庫和技術服務與交易平臺），推動產學研協同網絡與組織創新，推動科技經濟深度融合、相互促進。

今年中國科協組織出版了《面向未來的科技——2020重大科學問題和工程技術難題解讀》圖書，以解讀問題和難題的形成背景、國際發展趨勢，分析可能的解決方案，和預測未來的發展前景為主要內容。這本圖書可以讓廣大科技工作者更好地把握世界科技前沿和發展趨勢，激發青少年科學興趣，促進公眾理解科學，提升公民科學素質，培育更多科技創新人才，為創新營造良好環境。

我們知道，攻克這些重大科學問題和工程技術難題絕非一日之功。中國科協將繼續發揮組織優勢，團結引領更多科技工作者面向世界前沿、把握國家戰略需求，錨定目標不放松，久久為功解決重大科學問題。

十大科學問題與十大工程技術難題介紹-前沿科學問題
問題1：冠狀病毒跨種傳播的生態學機制是什么？
目前新冠肺炎在全球肆虐。病毒學家曾多次警示冠狀病毒跨物種傳播是大概率事件。蝙蝠等野生動物攜帶冠狀病毒的本底情況以及野生動物如何突破生態和生理屏障發生跨種傳播和感染，在科學層面都尚不清晰。該問題對于揭示冠狀病毒跨物種的傳播機制和預防未來冠狀病毒導致的流行病具有重要意義。

問題2：引力波將如何揭示宇宙奧秘？
自2015年首次直接探測到引力波以來，引力波已迅速成為國際上基礎物理與天體物理前沿研究的熱點，預計十余年內宇宙起源問題將有取得重大突破的歷史機遇。引力波打開了觀測宇宙的一扇新窗戶，通過觀測引力波源在宇宙中的產生與分布，有望解答廣義相對論與粒子物理的標準模型所遺留下來的深層次科學問題，從而加深對自然界的理解。

問題3：地球物質是如何演化與循環的？
地球物質主要分為巖石和礦物。人們對地球歷史時期巖漿巖和變質巖的演化與循環的認識由于缺乏大數據的綜合分析而模糊不清。利用大數據平臺和地球深時大數據系統的綜合分析，可以在礦物演化歷程與行星地質演化的基本歷程和特殊事件之間建立聯系，從礦物演化的角度來厘清行星地球及其多圈層演化規律和耦合關系，并解答行星地球如何演化、地球各圈層是否存在共演化關系的基本科學問題。

問題4：第五代核能系統會是什么樣子？
2000年，美國能源部倡議發起的第四代核能系統國際論壇把核能的發展分為四代。目前對于第五代核能系統的研究仍處于探索交流階段，暫無成熟的概念界定和目標定義，對其實現路徑更是少有談及。如能推動第五代核能系統概念的落地和最終實現，其可以革新核能開發觀念，革新核能開發模式，革新核能應用觀念，支撐能源系統的深度脫碳；引領世界核能創新，助推中國成為世界核能創新高地。

問題5：特種能場輔助制造的科學原理是什么？
隨著航空航天、交通運輸等領域對輕量化和安全性的持續需求，包括超高強度鋼、輕合金、復合材料和金屬間化合物等高強材料應用于復雜構件。隨著材料強度的提高，制造難度顯著提高，成形缺陷更難控制。現有的研究表明，特種能場輔助成形技術在改善高強難變形材料制造難題方面具有巨大潛力。

問題6：數字交通基礎設施如何推動自動駕駛與車路協同發展？
未來自動駕駛車輛大范圍社會化運行局面必然會出現，對交通運輸系統而言將是一場變革，道路交通運輸系統面臨演進換代的挑戰。對于支撐自動駕駛社會化運行的新型道路基礎設施的研究，我國尚處于起步階段，國外也無現成的先進技術和經驗可借鑒，需要適時將自動駕駛研究的支持重點向基礎設施側智能供給研究及綜合集成落地應用研究轉移。

問題7：調節人體免疫功能的中醫藥機制是什么？
雖然免疫學的基礎研究取得了令人矚目的成就，醫學也在突飛猛進地發展，但在許多疑難重癥的防治方面仍顯得不足。系統性紅斑狼瘡、類風濕關節炎、強直性脊柱炎等自身免疫性疾病仍然困擾著患者。這些重大、疑難疾病的發生、發展和轉歸均與免疫密切相關。中醫藥能夠多層次、多靶點、多途徑作用于機體，調節機體免疫功能，在疾病預防和治療中有重要的應用價值。

問題8：植物無融合生殖的生物學基礎是什么？
無融合生殖是一種通過種子進行無性繁殖的生殖方式，可以使雜交品種產生克隆種子，保持雜交后代性狀不發生分離，從而永久固定雜種優勢。然而，由于無融合生殖發生機制的復雜性，盡管經過了多國科學家近一個世紀的努力，其形成機制依然不清楚，也未能將其成功應用于作物育種中。

問題9：如何優化變化環境下我國水資源承載力，實現健康的區域水平衡狀態？
當前，我國生態文明建設進入加速期和關鍵期，對水資源集約利用和嚴格保護提出了更高要求。研究變化條件下水資源承載力與水平衡優化這一科學問題，有利于深化認識我國區域水循環要素及其演化規律，完善水資源承載力評價方法，闡明水平衡狀態對于水資源承載力的指標意義，明確諸多水問題及生態環境問題的發生機制，為總結與水資源承載力相適應的經濟社會發展和生態保護模式，有效保護和修復生態環境提供重要的理論和技術支撐。

問題10：如何建立虛擬孿生理論和技術基礎并開展示范應用？
虛擬孿生是在數字孿生的基礎上，利用傳感器、物聯網、虛擬現實、人工智能等數字技術對真實世界中物理實體和智能實體對象的特征、行為、形成過程和性能等進行描述和建模的過程和方法，也稱為虛擬孿生技術。它以數字孿生為基礎，但更側重于對智能實體或生命體的建模和仿真。如何實現制造物理世界與信息世界的交互與共融，是當前國內外實踐智能制造理念和目標所共同面臨的核心瓶頸之一。

十大科學問題與十大工程技術難題介紹-工程技術難題
問題1：如何開發新型免疫細胞在腫瘤治療中的新途徑與新技術？
免疫細胞技術是人類徹底治愈腫瘤的希望，是全球前沿醫學和資本追捧的熱點領域之一。樹突狀細胞（DC）作為鏈接細胞免疫和體液免疫的關鍵節點細胞，能夠調動整個免疫系統，抵抗病原體的入侵以及促進腫瘤細胞的清除，成為新型免疫細胞療法的重點研究方向。新型DC可擴增技術可實現DC疫苗的標準化、批量化生產，可顯著減低制備成本，服務更多癌癥患者，具有明顯的經濟效益和社會效益。

問題2：水平起降組合動力運載器一體化設計為何成為空天技術新焦點？
水平起降組合動力運載器具有快速、廉價、可靠的特點，可成為低成本天地往返運輸工具。水平起降組合動力運載器一體化設計技術是支撐未來航天運輸系統發展與應用的核心技術之一，是未來先進航天運輸系統的重要支撐技術之一。

問題3：如何實現農業重大入侵生物的前瞻性風險預警和即時控制？
農業有害生物入侵不僅僅是簡單的植物病蟲害或動物疫情問題，入侵生物的發生流行不僅危害食品安全和農業生產，造成巨大的直接經濟損失，還可能對人類健康構成越來越大甚至是災難性的威脅，對外交、經濟和社會產生巨大影響。因此，站在國際化、全球化視角，從科學研究和專業技術層面，開展農業入侵生物跨境傳播預警及防減技術合作的協同攻關，將有力解決入侵生物疫情的源頭治理和聯防聯控關鍵技術難題，保障社會穩定與公共安全。

問題4：信息化條件下國家關鍵基礎設施如何防范重大電磁威脅？
強電磁脈沖一旦對金融、能源、電力等領域的關鍵信息基礎設施產生影響，將可能導致交通中斷、金融紊亂、電力癱瘓等重大事故。開展此項研究，對確保關鍵基礎設施電磁安全、保護經濟建設成果、提升關鍵基礎設施容災抗毀能力具有重要意義。

問題5：硅光技術能否促成光電子和微電子的融合？
信息光電子芯片已然成為“數字化新基建”的核心和基石，也是全球信息通信價值鏈的關鍵領域和網絡強國建設的“國之重器”。硅基光電子芯片技術既可應用于芯片級光互連，又適用于長距離光纖通信，可實現全功能光電子集成，具有極高的通用性和兼容性，是微電子和光電子兩大產業公認的發展方向。利用國內現有微電子產業資源和互補金屬氧化物半導體（CMOS）制造平臺，建立健全硅光產業鏈，可以有效提升我國信息光電子的制造能力，緩解光電子芯片制造工藝的“卡脖子”困境，為我國信息化新基建提供有力支撐。

問題6：如何解決集成電路制造工藝中缺陷在線檢測難題？
集成電路領域目前是國際科技競爭的主戰場和大國博弈焦點。對于集成電路缺陷檢測技術及設備，一方面現有最先進技術設備被少數幾個發達國家壟斷；另一方面，世界范圍內7納米及以下節點的缺陷在線檢測技術仍未成熟，設備缺口仍然巨大，誰率先掌握了相應關鍵技術，誰就掌握了未來主導權，這對我國來說既是機遇又是挑戰。

問題7：無人車如何實現在衛星不可用條件下的高精度智能導航？
以無人救援車、無人采礦車、無人運輸車等為代表的特種無人車是完成現代化作業、搶險救災等任務的核心無人裝備。為提高無人車的緊急救援、聯合作業等能力，要求其導航系統具備高精度定位、自主避障、智能路徑規劃及導引等功能。因此，需要研究具有高精度、全自主的導航方式以及需要解決面向無人車的慣性基智能導航問題。

問題8：如何在可再生能源規模化電解水制氫生產中實現“大規模”“低能耗”“高穩定性”三者的統一？
發展高效低成本的可再生能源和氫能技術是對國家重大需求的及時響應，也是全球減少碳排放和減緩氣候變化的優質解決方案。但當前電解水制氫技術的發展水平限制了可再生能源轉為化學能的轉化效率及產業化進程。突破高效、低成本、規模化電解水制氫技術可極大地促進可再生能源、氫能的利用和發展。

問題9：如何突破進藏高速公路智能建造及工程健康保障技術？
青藏高原地層巖性復雜多變，新構造運動劇烈，深大活動斷裂廣布，冰川、凍土與山地災害群（鏈）發育，具有“顯著的地形高差”“強烈的板塊活動”“頻發的山地災害”“敏感的凍土環境”四大地質環境特征，以及“高頻凍融循環”“劇烈干濕交替”“極端高寒缺氧”三大氣候環境特征，由此帶來的系列工程技術難題是制約西藏高速交通發展的關鍵技術因素。

問題10：如何突破光刻技術難題？
光刻技術是制造集成電路的關鍵技術。光刻技術的核心在于光刻機、光刻工藝和光刻膠三個方面。盡管取得了一定的進展，但跟世界發達國家水平相比，我國光刻技術和產業的發展水平仍較落后，差距仍然很大，“受制于人”的困境依然存在。
作者：詹媛，光明日報