7月28日下午，在“第二十三屆中國科協(xié)年會”閉幕式上，中國科協(xié)發(fā)布了10個對科學發(fā)展具有導向作用的前沿科學問題、10個對工程技術創(chuàng)新具有關鍵作用的工程技術難題，并首次發(fā)布10個對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有引領作用的產(chǎn)業(yè)技術問題。

2018年以來，中國科協(xié)組織全國學會等科技共同體，面向廣大科技工作者征集評選重大前沿科學問題和工程技術難題，在中國科協(xié)年會上發(fā)布。今年，中國科協(xié)重點圍繞數(shù)理化基礎科學、技術科學、生態(tài)環(huán)境、制造科技、信息科技、先進材料、資源能源、農(nóng)業(yè)科技、生命健康、空天科技等十大領域，繼續(xù)開展重大問題難題征集評選，并首次啟動了重大產(chǎn)業(yè)技術問題征集評選。

2021年征集發(fā)布活動共征集到89個國內(nèi)科技組織、73個國外組織和境外專家推薦的472個問題難題，22965名一線科技工作者參與網(wǎng)絡初審、實名投票，150位院士專家參與復評、中審、預審和終審，那么，最終評選出的問題難題都是什么呢？入選理由又是什么？中科院院士、清華大學雒建斌教授現(xiàn)場揭曉最終評選結果。

   一、前沿科學問題  

1.如何突破大尺寸晶體材料的制備理論和技術？

晶體材料已廣泛應用于能源、環(huán)境、信息、醫(yī)療、軍事等領域，在人類社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用。近年來，隨著高新技術的飛速發(fā)展，獲取大尺寸、高品質晶體材料已成為制約相關行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

突破該問題后，會大幅提升我國大尺寸合金、玻璃、陶瓷、光纖、晶體等新材料產(chǎn)業(yè)與高端裝備制造業(yè)的發(fā)展水平，形成具有我國自主知識產(chǎn)權的技術與裝備，破解我國面臨的“卡脖子”技術難題，實現(xiàn)“中國制造2025”、“2035材料強國”等國家重大戰(zhàn)略的目標。

2.納米尺度下高效催化反應的作用機制是什么？

研究納米尺度下高效催化反應的作用機制，從分子水平研究、加深對催化反應過程本質的認識，將能從原子、分子層面指導構建原子經(jīng)濟性和節(jié)能高效的綠色催化體系，從而發(fā)展高效碳減排技術，為“碳達峰”“碳中和”做好技術儲備。

3.農(nóng)作物基因到表型的環(huán)境調(diào)控網(wǎng)絡是什么？

基因與環(huán)境共同決定了農(nóng)作物表型性狀，但環(huán)境因子對基因到表型的過程調(diào)控機制及作用網(wǎng)絡尚不夠清晰，該研究將提高育種和栽培的“有效性”，推動農(nóng)作物定向設計育種和精準栽培管理，實現(xiàn)良種良法配套及資源最優(yōu)配置。

4.中微子質量和宇宙物質-反物質不對稱的起源是什么？

通過江門中微子實驗和其他未來可能的中微子實驗，深入研究中微子振蕩、中微子天體物理、無中微子雙貝塔衰變等問題，將有助于解決基本粒子質量起源、宇宙原初反物質消失和暗物質之謎等重大前沿科學問題，意義深遠。

5.地球以外有統(tǒng)一的時間規(guī)則嗎？

現(xiàn)有的時間管理理論和方法僅僅適用于地球及其附近空間，不適用于更廣域的宇宙空間。由此出現(xiàn)了“空間守時系統(tǒng)”新概念，這不僅僅是概念創(chuàng)新，更重要的是顛覆了傳統(tǒng)時空觀念。二十一世紀，以信息和航天產(chǎn)業(yè)為引領展開了新的產(chǎn)業(yè)革命，深空探測和地外基地的布局是未來20年發(fā)展的熱點，重新制定時間管理規(guī)則成為大勢所趨。

6.大腦中的記憶是如何產(chǎn)生和重現(xiàn)的？

大腦如何存儲記憶是尚未解決的科學難題和前沿性問題。記憶印跡的信息編碼與讀取研究從基礎學術角度，有助于找到信息高效存儲的生物學本質，對人類的思維與認知基礎進行定量研究。從人類健康角度，有助于推進高效高速腦機接口策略的探索，為腦功能修復提供全新的選項。從類腦智能角度，有助于發(fā)展全新的計算模型，產(chǎn)生仿生物的高效智能計算網(wǎng)絡。從人類發(fā)展角度，該研究會為將來保存思維和記憶、實現(xiàn)長時間空間跨度星際旅行提供可能的一種選項，使得人類知識甚至個體意識的延續(xù)成為可能。

7.以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)路徑優(yōu)化和穩(wěn)定機理是什么？

構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)對我國能源轉型具備重要的意義，是我國新能源的持續(xù)快速發(fā)展、如期實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的前提與基礎。本問題涉及新能源、電氣工程、控制和氣象等學科，學科跨度大、融合程度深，有望孕育新的學科增長點，為我國能源相關領域提供重要的參考和支撐。

8.鋁合金超低溫變形雙增效應的物理機制是什么？

鋁合金在超低溫條件下出現(xiàn)延伸率與硬化指數(shù)同時提高的反常雙增效應，有助于形成超低溫成形技術體系，發(fā)展出與現(xiàn)有冷成形、熱成形并列的第三大類成形制造技術，為大尺度鋁合金、鋁鋰合金整體結構曲面薄壁構件的成形提供全新技術途徑，顛覆歐美沿用半個多世紀的技術路線，滿足我國航天航空高端裝備對大型鋁合金整體結構的迫切需求。

9.如何揭示板塊運動動力機制?

驅動板塊運動的源動力是什么一直存在爭議，它是地球系統(tǒng)科學中的頂級科學問題。如何通過綜合地球物理證據(jù)驗證各種假說和模型的真?zhèn)问墙鉀Q問題的關鍵。該問題一旦獲得突破，對地球系統(tǒng)科學的發(fā)展將產(chǎn)生劃時代的影響：不但對大地構造學研究領域有突破性進展，而且對地形地貌演化、古地理學、地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)演化以及“人類生存共同體”的發(fā)展都具有重大影響。

10.“亞洲水塔”失衡失穩(wěn)對青藏高原河流水系的影響如何？

由于“亞洲水塔”失衡失穩(wěn)引發(fā)的地質災害，正持續(xù)改變青藏高原河流水系統(tǒng)結構與水沙通量，對我國及下游國家水資源安全和災害防治具有重要影響。在這一演化的大背景下，開展青藏高原河流水系統(tǒng)變化過程與成因、影響及演化趨勢等科學問題研究，對于豐富和理解氣候變化背景下“亞洲水塔”失衡失穩(wěn)的科學內(nèi)涵和過程機理、減緩和應對這一演化趨勢對我國及下游國家水資源供給安全影響和科學防治水旱災害具有十分重要的科學意義和應用價值，同時對于開展全球其他氣候變化影響嚴重區(qū)域河流系統(tǒng)變化研究具有重要的參考價值。

  二、工程技術難題  

1.如何高效利用農(nóng)業(yè)微生物種質資源？

農(nóng)業(yè)微生物種質資源是國家戰(zhàn)略資源，是支撐農(nóng)業(yè)綠色高質量發(fā)展的重要保障。針對當前農(nóng)業(yè)微生物資源開發(fā)利用中的基礎科學問題和產(chǎn)業(yè)瓶頸，加強微生物種質資源保護、功能性微生物作用機理、農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)化關鍵技術及其綠色投入品的應用技術集成等研究，將會推進農(nóng)業(yè)微生物種業(yè)高質量發(fā)展，對保障糧食安全和人民生命健康具有重要推動作用。。

2.如何解決三維半導體芯片中納米結構測量難題？

三維芯片大深寬比結構可溯源測量是世界性難題，該難題取得突破后，將極大豐富和擴展計量科學和方法的創(chuàng)新，直接影響半導體芯片制造領域，并將促進半導體芯片進一步向多層堆疊結構發(fā)展，在三維世界中延續(xù)摩爾定律。發(fā)展三維芯片大深寬比納米結構的可溯源測量技術，一方面可使我國在半導體芯片測量領域率先突破。另一方面，該技術難題的突破將進一步促進航空航天、國防軍工等領域微納器件的制造水平提升，并將極大豐富和擴展計量科學和方法創(chuàng)新。

3.如何開發(fā)比能量倍增的全固態(tài)二次電池？

目前，固態(tài)電池已成為各國爭先角逐的新能源汽車熱點技術，通過關鍵技術研發(fā)，在未來5-10年實現(xiàn)全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，預計2030年全球市場規(guī)模可達到數(shù)百億甚至數(shù)千億美元。

全固態(tài)鋰二次電池采用致密固態(tài)電解質，理論上比能量可達到現(xiàn)有鋰離子電池的2-3倍，應用領域將從小型便攜式電子設備拓展到動力和儲能領域，這對加速我國新能源汽車技術進步，增強我國新能源汽車全球競爭力，節(jié)能減排和保障我國能源安全具有重要意義。

4.如何發(fā)展我國自主超高分辨率立體測圖衛(wèi)星關鍵技術？

衛(wèi)星測繪是航天遙感高精尖技術的聚集地，發(fā)展大比例尺衛(wèi)星測繪是建設測繪強國的必由之路，是維護國家地理信息安全的重要舉措，有利于提升我國測繪地理信息的國際話語權，也是支撐國民經(jīng)濟高質量發(fā)展、國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要手段。不論是大比例尺地形圖測繪、國土調(diào)查、自然資源精細化管理、“一帶一路”倡議實施，還是不動產(chǎn)登記、新型城鎮(zhèn)化發(fā)展、智慧城市構建，對自主甚高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)存在旺盛需求。這也成為衡量一個國家高技術水平的重要標志。

5.如何利用人工智能實現(xiàn)醫(yī)療影像多病種識別并進行輔助診療？

實現(xiàn)人工智能驅動下的醫(yī)學影像多病種識別，不僅可以幫助醫(yī)生實現(xiàn)對影像數(shù)據(jù)的全方位分析，對病灶的勾畫，更加準確無誤的實現(xiàn)疾病的診斷，有助于對疾病的精準治療，更重要的有助于實現(xiàn)多病種的識別，通過疾病關聯(lián)性等因素來干預和預防其他病種引起的并發(fā)癥等，第一時間發(fā)現(xiàn)身體里的各種病變位置，進行有針對性的治療，這對人類生命健康和社會經(jīng)濟發(fā)展意義重大。

6.如何突破深遠海航行裝備制造與安全保障工程技術難點？

深遠海與極地開發(fā)涉及國家安全和經(jīng)濟發(fā)展，具有重要戰(zhàn)略意義。通過深遠海（包括極地）裝備制造及安全保障工程技術的研發(fā)，解決深遠海航行裝備涉及的環(huán)境、制造與安全保障技術及工程軟件等關鍵技術問題，實現(xiàn)技術自主可控，并占領全球技術的制高點。因此，如何面向深遠海和極地的開發(fā)，在深遠海與極地這種極端環(huán)境下解決未來的資源采集、運輸，以及如何提高安全性成為了頗具價值的問題。

7.如何創(chuàng)建5G+三早全周期健康管理系統(tǒng)？

人口老齡化、慢性病已成為嚴重威脅我國居民健康、影響國家經(jīng)濟社會發(fā)展的重大問題。基于5G構建早篩查、早評估和早干預的健康管理系統(tǒng)，促健康、防大病、管慢病，對健康中國建設具有重大的戰(zhàn)略意義。若運用5G、云計算、可穿戴設備、人工智能等最新技術，建立具有連續(xù)性、動態(tài)性、個性化的“三早”主動健康管理系統(tǒng)，探索“醫(yī)院-社區(qū)-家庭/個人”的健康管理服務模式，實現(xiàn)“促健康、防大病、管慢病”的目標，可形成具有可復制可推廣的健康管理服務模式。

8.如何通過重要生態(tài)系統(tǒng)修復工程構建精準高效的生態(tài)保護網(wǎng)絡和恢復生物多樣性？

探索精準高效構建保護地網(wǎng)絡，有助于促進就地保護、自然恢復等領域的理論創(chuàng)新，并為基于自然的解決方案等國際關注熱點提供有益范例。在實踐層面，有助于提升生態(tài)保護領域投入產(chǎn)出效率，增強生態(tài)保護規(guī)劃和管理成效，實現(xiàn)保護和發(fā)展的雙贏。

開展群落重建和生物多樣性提升研究，可以有效遏制生物多樣性和資源衰退，并促進生物資源快速恢復，大大提升我國重要生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)服務功能。同時，將為我國提供重要的國家戰(zhàn)略資源，從景觀資源、生態(tài)資源和經(jīng)濟資源，促進“山水林田湖草”生態(tài)一體化建設，服務于我們生態(tài)文明建設和滿足人們美好生活的實現(xiàn)。

9.如何構建我國生態(tài)系統(tǒng)碳匯擴增的技術體系？

積極應對氣候變化實現(xiàn)碳中和是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，是加強生態(tài)文明建設、實現(xiàn)美麗中國目標的重要抓手，是我國履行負責任大國責任、推動構建人類命運共同體的重大歷史擔當。在全球碳循環(huán)中，生態(tài)系統(tǒng)作用巨大，生態(tài)系統(tǒng)碳匯擴增作為一種高效可行、綠色可持續(xù)的減碳方法，是我國2060年實現(xiàn)碳中和目標重要途徑。

10.如何制造桌面級的微小型反應堆電池？

桌面級微小型反應堆電池超越了現(xiàn)有微堆理念，可以進一步縮小裝置尺寸，本問題突破后可以大大促進軍事國防、太空探索、海洋利用等領域的重大發(fā)展，為核動力發(fā)展引入新鮮血液，產(chǎn)生較大的科技經(jīng)濟和社會效益。

  三、產(chǎn)業(yè)技術問題  

1.如何實現(xiàn)面向大規(guī)模集成光芯片的精準光子集成？

大規(guī)模集成光芯片在未來網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)（如高速寬帶傳輸和交換）和人工智能（如激光雷達）中具有顛覆性的能力。以精準光子集成為重要核心競爭力之一的技術思路不僅可以大大推動集成光芯片的發(fā)展，同時對培養(yǎng)面向光通信網(wǎng)絡的中國特色集成電路和相關網(wǎng)絡設備產(chǎn)業(yè)鏈也有極大的支撐作用。。

總之，在“卡脖子“高端光芯片上，一方面在傳統(tǒng)技術和產(chǎn)業(yè)上努力跟蹤追趕，另一方面更要在大規(guī)模光子集成上另辟蹊徑，集中和發(fā)揮中國優(yōu)勢力量，引導光芯片未來發(fā)展潮流。

2.如何開發(fā)針對老齡化疾病的醫(yī)用人工植入材料？

隨著我國老年化現(xiàn)象越來越嚴重，很多與老年化有關的退行性疾病，比如心血管疾病、骨關節(jié)病等等，發(fā)病率會逐年升高。而這些重要器官的“老化”，目前主要的解決辦法就是“人工材料”替換，比如心臟瓣膜置換、人工血管搭橋、關節(jié)置換等等。但是我國這類高端植入醫(yī)療器械市場一直被國外進口產(chǎn)品所壟斷，尤其是這種可以代替人體組織的“人工材料”一直是“卡脖子”工程，幾乎完全依賴進口。

針對日益嚴重的老齡化疾病，必須迅速提升我國在基礎人工植入材料領域的研發(fā)和轉化水平，開發(fā)新型功能性醫(yī)用高分子材料：比如用可緩釋抗凝血物質的高分子材料做成人工血管或心臟支架；利用金屬3D打印技術，結合先進的個性化設計理念打造高技術含量的國產(chǎn)骨科產(chǎn)品等。

3.如何開發(fā)融合軟體機器人與智能影控集成技術的腔道手術機器人產(chǎn)品？

本需求對標世界前沿，在核心部件、關鍵技術、機器人集成和臨床應用研究等層面進行創(chuàng)新，實現(xiàn)經(jīng)腔道手術的技術變革，確立我國在相關醫(yī)療技術上的領先地位，服務人民健康。現(xiàn)在腔道軟體機器人技術全球基本處于同一起跑線，為避免國外技術壟斷和專利保護，希望政府相關部門，早日布局支持相關科研團隊搶占軟體手術技術制高點或實現(xiàn)技術領跑，為早一日實現(xiàn)我國腔道軟體微創(chuàng)治療機器人關鍵技術與產(chǎn)品開發(fā)的彎道超車。

4.如何開發(fā)大規(guī)模低能耗液氫技術和長距離綠氫儲運技術？

通過聯(lián)合技術攻關，開發(fā)正仲氫催化轉化、液氫罐、液氫泵、膨脹機、有機物儲氫載體等液氫生產(chǎn)儲運過程工藝及裝備“卡脖子”技術。大力推廣液氫、有機液體儲氫項目落地，充分釋放液氫、有機液氫儲氫在氫能產(chǎn)業(yè)中的獨特優(yōu)勢，能夠大幅度降低氫氣儲運成本。不僅提升了國產(chǎn)高端裝備制造水平，同時可助推氫能社會建設，提前實現(xiàn)碳中和、碳達峰目標。具有顯著的經(jīng)濟、生態(tài)和社會三重效應。

5.如何解決我國航空發(fā)動機短艙關鍵技術問題？

在中國航空發(fā)動機集團的主導下和相關高校及科研機構的支持下，航空發(fā)動機的研制工作已經(jīng)全面展開。但匹配航空發(fā)動機的短艙系統(tǒng)的研制還沒有得到足夠的重視，其已經(jīng)成為我國航空產(chǎn)業(yè)亟待解決的“卡脖子”問題。我國亟需啟動新一代航空推進系統(tǒng)短艙一體化設計關鍵技術研究。擬獲取的研究成果不僅在航空發(fā)動機短艙的研制中具有至關重要的作用，而且可推廣用于其它涉及到復雜系統(tǒng)多學科系統(tǒng)集成與優(yōu)化的航空工程技術領域。這將為國產(chǎn)化短艙系統(tǒng)的研制奠定堅實的技術基礎，對國家航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

6.如何突破耕地重金屬的靶向快速經(jīng)濟安全減污技術？

耕地重金屬污染防治是國家重大需求。如何使污染耕地中重金屬有效態(tài)含量快速安全減少是國際性難題。創(chuàng)制土壤污染靶向功能修復材料，創(chuàng)新減量凈化技術，促進土壤修復產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，對改善土壤環(huán)境質量和保障農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要的科學與現(xiàn)實意義。

7.如何利用風光水加快實現(xiàn)“碳中和”目標？

依托青藏高原獨特的自然環(huán)境，突破優(yōu)化風光水能互補開發(fā)技術，對于貫徹新發(fā)展理念，以流域水循環(huán)推動雙循環(huán)，構建流域新發(fā)展格局，實現(xiàn)高質量發(fā)展具有重要意義。

一是建設“亞洲水塔”形成水資源綜合利用體系。二是加快實現(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”。三是助力青藏高原生態(tài)屏障建設。

8.如何攻克漂浮式海上風電關鍵技術研發(fā)與工程示范難題？

該問題克服后將解決我國深遠海海上風電開發(fā)的技術難題，擁有深海海上風電開發(fā)的能力，掌握半潛型漂浮式海上風電的設計、建造技術，填補我國無漂浮式海上風電樣機的空白，引領我國海上風電開發(fā)邁入深海。同時，也為“一帶一路”和“走出去”戰(zhàn)略打下基礎的良好契機。

9.如何制備高潔凈高均質超細晶高端軸承鋼材料？

我國軸承制造目前面臨的主要瓶頸問題在于軸承鋼材料制備水平低下，潔凈度、組織控制、服役評價等遠低于國外水平，關鍵軸承一直依賴進口，將對我國的中長期發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略的實現(xiàn)、制造業(yè)強國戰(zhàn)略的實施產(chǎn)生巨大的阻礙。因此，開展高性能軸承鋼母材的全新全流程制造技術研究，切實解決關鍵軸承嚴重依賴進口的“卡脖子”問題，保障我國國防、航空、航天、高速軌道交通、能源等關鍵領域軸承的自主可控制造。

10.如何發(fā)展與5G/6G融合的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)絡通信技術？

在大國太空競爭背景下，構建高低軌協(xié)同、天地一體、與5G等地面網(wǎng)絡融合的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將直接關系到一個國家的產(chǎn)業(yè)安全和國家安全，相關技術的攻關能夠打破跟隨國外技術的局面，成為國際相關標準的制定者和領跑者，有利于構建自主可控網(wǎng)絡空間國防體系。實現(xiàn)我國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展由“消費型”向“生產(chǎn)型”轉變，通過構建面向天地一體化信息網(wǎng)絡的新型網(wǎng)絡架構，保障大規(guī)模“生產(chǎn)型”互聯(lián)需求，將為我國實現(xiàn)從制造大國向制造強國邁進的戰(zhàn)略舉措提供有力支撐。

希望廣大科技工作者能夠踴躍投身于這十個科學問題、技術難題以及產(chǎn)業(yè)問題的研發(fā)，也希望在這些方面能夠實現(xiàn)突破，呼吁廣大科技工作者團結科技力量協(xié)同攻關，推動高水平科技自立自強。

責編：代建安