科技创新为国庆打Call, 这里是一些让我们跻身世

原标题:科技创新为国庆打Call, 这里是一些让我们跻身世界科技强国的“国之利器”

编者按:本文来自微信公众号“中科院物理所(id:cas-iop)”,原文名称《今天,你愿意为这些“国之利器”刷屏吗?》,作者:Alex Yuan;36氪经授权发布。

一年一度的国庆佳节,每当这个时候,我们都会祝愿我们的祖国更加繁荣富强。要想实现这个美好的心愿,科技创新必不可少。在这其中,一系列大科学装置的建成和使用为我国跻身世界科技强国的队伍起到了十分重要的作用。

大科学装置是指通过较大规模投入和工程建设来完成,建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动,实现重要科学技术目标的大型设施。其科学技术目标必须面向科学技术前沿,为国家经济建设、国家安全和社会发展做出战略性、基础性和前瞻性贡献。

今天的“线上科学日”专栏,我们就来盘点一下这些科研领域的“国之利器”。

北京正负电子对撞机  

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北京正负电子对撞机(BEPC)于坐落于北京西郊八宝山东侧,占地50000平方米,由注入器(BEL)、输运线、储存环、北京谱仪(BES)和同步辐射装置(BSRF)等几部分组成,1988年10月首次实现正负电子对撞。自1990年运行以来,BEPC取得了一批在国际高能物理界有影响的重要研究成果,如:τ轻子质量的精确测量、20-50亿电子伏特能区正负电子对撞强子反应截面(R值)的精确测量、发现“质子-反质子”质量阈值处新共振态、发现X(1835)新粒子等,引起了国内外高能物理界的广泛关注。

2003年底,国家批准了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)。工程于2004年初动工,2008年7月完成建设任务,2009年7月通过国家验收。BEPCII是一台粲物理能区国际领先的对撞机和高性能的兼用同步辐射装置,主要开展粲物理研究,预期在多夸克态、胶球、混杂态的寻找和特性研究上有所突破,使我国在国际高能物理领域占据一席之地,保持在粲物理实验研究的国际领先地位。同时又可作为同步辐射光源提供真空紫外至硬X光,开展凝聚态物理、材料科学、生物和医学、环境科学、地矿资源、以及微细加工技术方面等交叉学科领域的应用研究,达到“一机两用”。

兰州重离子研究装置  

兰州重离子研究装置(HIRFL)亦称兰州重离子加速器,是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平。HIRFL由ECR离子源、扇聚焦回旋加速器、分离扇回旋加速器、放射性束流线、新建的冷却储存环主环和实验环等主要设施组成。HIRFL具有加速全离子的能力,可提供多种类、宽能量范围、高品质的稳定核束和放射性束,用以开展重离子物理及交叉学科研究。

科研人员充分利用HIRFL先进的实验条件。先后取得了以新核素合成、核质量精确测量、重离子治癌为代表的一批重要科研成果,使我国进入重离子物理及交叉学科研究的国际先进行列,在核技术产业化方面也取得了重要进展,为我国科技、经济、社会的发展和国家安全作出了贡献。

神光Ⅱ高功率激光物理实验装置  

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神光Ⅱ高功率激光实验装置(简称神光Ⅱ装置)由八路系统及神光Ⅱ多功能高能激光系统组成,是目前国内唯一具有主动探针光的高功率钕玻璃固体激光实验装置。它能在十亿分之一秒的瞬间发射出功率相当于全球电网总和数倍的激光束聚集到靶上,形成高温等离子体并引发聚变,进而开展激光与等离子体相互作用物理和惯性约束聚变实验研究,是我国战略高技术创新、基础科学、交叉前沿科学创新极为重要的实验装置。

全超导托卡马克核聚变实验装置  

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全超导托卡马克核聚变实验装置装置(EAST),其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚,通过类似变压器的原理使其产生等离子体,然后提高其密度、温度使其发生聚变反应,反应过程中会产生巨大的能量。2009年,世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置(EAST)首轮物理放电实验取得成功;2017年7月3日,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,这标志着EAST成为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,表明我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面继续引领国际前沿。

国家蛋白质科学研究(上海)设施  

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国家蛋白质科学研究(上海)设施是当今全球生命科学领域首个综合性的大科学装置,集先进科学装置和大型设备之大成,是探索生命奥秘的国之利器。它围绕蛋白质科学研究的前沿领域和我国生物医药、现代农业等产业发展需求,建设高通量、高精度、规模化的蛋白质制取与纯化、结构分析、功能研究等大型装置,实现技术与设备的集成化、通量化和信息化,成为我国蛋白质科学研究和技术创新基地,形成具有国际一流水平和综合示范作用的蛋白质科学研究支撑体系,全面提升我国蛋白质科学研究能力。

LAMOST望远镜  

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LAMOST望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)是一架中国天文学家发明的大视场兼备大口径的新型光学望远镜,即“王-苏反射施密特望远镜”。 LAMOST首先在国际上发展了新的主动光学技术,即同时高精度实现几十块薄镜面的拼接和曲面形状的连续变化,使其成为大口径兼大视场光学望远镜的世界之最。同时,LAMOST采用了新的数千根光纤的快速定位技术,在5度视场,直径为1.79米的焦面上放置4000根光纤,同时获得4000个天体的光谱,LAMOST在科学上开拓了大规模的光谱巡天,成为目前世界上光谱获取率最高的望远镜。

大亚湾反应堆中微子实验  

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大亚湾反应堆中微子实验是一个研究基本粒子物理的高能物理实验,这个实验利用反应堆核裂变时产生的大量中微子,测量中微子混合角θ13,以研究其振荡规律,对了解微观基本粒子的性质和宏观宇宙的起源与演化具有重要意义。该实验有来自美国、俄罗斯、捷克、中国台湾、香港等五个国家和地区的经费支持和科学家参加,是我国基础科学领域目前最大的国际合作项目。

大亚湾反应堆中微子实验站坐落在大亚湾核电站内的北部山地。实验站共有5个由隧道连接的地下洞厅及3个地面辅助建筑。8个全同的中微子探测器分别安装在3个地下实验洞室内,探测来自6个核反应堆的中微子。

500米口径球面射电望远镜  

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500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)工程是“十一五”国家重大科技基础设施建设项目,该项目是利用贵州天然喀斯特洼地作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜—500米口径球冠状主动反射面射电望远镜,以实现大天区面积、高精度的天文观测。

和同类大口径射电望远镜相比,它的独到之处在于:利用地球上独一无二的优良台址—贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址;自主发明主动变形反射面,在观测方向形成300米口径瞬时抛物面汇聚电磁波,在地面改正球差,实现宽带和全偏振;采用光机电一体化技术,自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人,实现望远镜接收机的高精度指向跟踪,并将万吨平台降至几十吨。

FAST工程科学目标为:巡视宇宙中的中性氢,研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化;观测脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;主导国际低频甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;探测星际分子;搜索可能的星际通讯信号。

全新的设计思路,加之得天独厚的台址优势,FAST突破了射电望远镜的百米极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。它拥有30个足球场大的接收面积,将是国际上最大的单口径望远镜。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪10大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来10—20年保持世界一流设备的地位。

武汉国家生物安全实验室  

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武汉国家生物安全实验室位于中国科学院武汉病毒研究所郑店园区的西侧,建筑面积超过3000平方米,于2015年1月竣工,是亚洲首个生物安全四级实验室(BSL-4实验室)。

整个实验室呈悬挂式结构,共分为4层。底层是污水处理、制氧和生命保障设施等,第二层是核心实验区,第三层是过滤器系统,二层和三层之间的夹层是管道系统,第四层是送排风、生命维持等设备用房。除第二层以外的楼层、夹层均是为了保证核心实验室的正常运行,保证实验室内部是单向气流,处于负压状态。

二层核心实验区包括3个细胞水平实验室,2个动物实验室,1个解剖间以及1个菌毒种保存间。进行烈性病原体研究的实验室使用不锈钢钢板和超大玻璃窗作为墙壁,采用不锈钢激光焊接,完全由中国公司完成,达到国际标准。实验室内有二级生物安全柜、超低温冰箱、显微镜和实验台等诸多设备。

实验室拥有严格的人员进出制度,进入实验室至少要花费半小时进行层层消毒,包括沐浴、二更、缓冲等步骤。进入实验室的研究人员都必须换上隔离正压防护服。这种防护服头部是透明的充气罩,下端连接着一条蓝色的呼吸带,呼吸带另一端悬挂连接在屋顶的管道上,保证研究人员在防护服内进行呼吸循环,和外界空气不发生任何接触。工作人员离开实验室时也必须经过化学淋浴消毒正压防护服表面。

上海光源  

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上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,简称SSRF)是第三代中能同步辐射光源,坐落在浦东张江高科技园区,包括一台150MeV电子直线加速器、一台全能量增强器,一台3.5GeV电子储存环和首批建造的7条光束线和实验站。 上海光源工程于2009年5月6日开始对国内用户正式开放运行,自运行开放后,上海光源高效、稳定运行,开机率(AVAILABILITY)、两次故障间平均间隔时间(MTBF)等性能指标逐年提升,达到国际同类装置运行的先进水平。同时,上海光源开展了系列机器研究,在更小发射度、更小耦合度及更高单束团流强等指标上获得重大进展,实现了恒流注入模式运行;通过隔离机械振动、控制环境温度、消除噪声源、降低电源纹波、采用恒流注入及插入件前馈、轨道反馈等技术措施,使得储存环束流轨道稳定性长期保持在亚微米量级。上海光源首批7条光束线站支撑广大用户在众多学科领域开展研究,大幅提升了我国在蛋白质结构、材料结构与表征、催化、生物医学成像等方面的实验研究能力,促进了我国多个学科的快速发展,取得了丰硕的成果。目前,上海光源线站二期16条线站工程正在建设中,另有7条用户分别投资的线站也在建设或设计中。

合肥同步辐射装置  

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合肥同步辐射装置(国家同步辐射实验室)坐落在安徽合肥中国科学技术大学西校园,是原国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。实验室建有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源。其主体设备是一台能量为800MeV、平均流强为300mA的电子储存环,用一台能量800MeV的电子直线加速器作注入器。

国家同步辐射实验室一期工程1984年11月破土动工,1989年建成出光,1991年12月通过国家验收;1999年进行二期工程建设,2004年12月二期工程通过国家验收。在过去20多年的开放过程中,合肥光源坚持稳定运行、优质开放的原则,为我国材料科学、凝聚态物理学、化学、能源环境科学等领域研究提供了一个优良的实验平台,取得了一系列研究成果。

2010-2014年,为了向用户提供更好的实验条件,在中国科学院和中国科学技术大学的共同支持下,合肥光源进行重大升级改造。重大升级改造完成后,储存环束流发散度显著降低,光源稳定性明显改善,接近三代同步辐射光源水平;合肥光源目前拥有10条光束线及实验站,包括5条插入元件线站,分别为燃烧、软X射线成像、催化与表面科学、角分辨光电子能谱和原子与分子物理光束线和实验站;以及5条弯铁线站,分别为红外谱学和显微成像、质谱、计量、光电子能谱、软X射线磁性圆二色光束线和实验站。

稳态强磁场实验装置  

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稳态强磁场实验装置(SHMFF)是 “十一五”国家重大科技基础设施项目,从2010年起投入先期试运行并对用户开放,2017年9月27日通过国家验收。。

SHMFF包括40 T级稳态混合磁体实验装置、系列不同用途的高功率水冷磁体和系列不同用途的超导磁体实验装置。强磁场实验装置上搭配有输运、磁性、磁光、极低温、高压和组合显微实验测试系统,为开展凝聚态物理、化学、材料科学、地学、生物学、生命科学和微重力等学科的前沿研究提供强磁场平台。

中国散裂中子源  

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中国散裂中子源(CSNS)是国家“十一五”期间立项、“十二五”重点建设的重大科技基础设施,是国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台,将成为世界上四大散裂中子源之一。

2017年8月28日,CSNS首次打靶成功,获得中子束流,提前实现了今年秋天首次获得中子束流的目标。这标志着CSNS主体工程顺利完工,进入试运行阶段。建成后的CSNS将成为世界第四台脉冲式散裂中子源,在材料科学和技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域具有广泛应用前景,将为我国产生高水平的科研成果提供有力支撑,并为解决国家可持续性发展和国家安全战略需求的许多瓶颈问题提供先进平台。

X 射线自由电子激光试验装置  

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X射线自由电子激光试验装置(X-ray Free Electron Laser Test Facility,简称SXFEL)是由中国科学院和教育部共同向国家申请建造的国家重大科技基础设施,项目主要建设由光阴极注入器、主加速器、两级级联波荡器系统三大部分组成的软X射线自由电子激光装置主体,新建加速器隧道、速调管长廊、中央控制室等建筑及公用工程配套设施,并研制一个射频超导加速单元。

SXFEL将为我国建设X射线自由电子激光用户装置做预先研究,实验验证级联高增益谐波放大模式的可行性,检验并掌握相关关键技术,进行人才和技术储备,确定X射线自由电子激光发展的技术路线,为我国建设X射线自由电子激光用户装置建设提供支撑。经过适当升级本装置将可在最短时间内作为软X射线自由电子激光用户装置提供给我国科学界使用,在物理、生物、化学、材料、能源、环境和医学等领域都有非常重要的应用。

高能同步辐射光源验证装置  

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高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)是国家“十二五”期间重点建设的国家重大科技基础设施之一。该项目于2016年4月正式启动,建设周期为2年6个月。该项目围绕未来建设高能同步辐射光源的发展趋势和用户潜在需求,依托该验证装置就高能加速器、光束线和实验站的多个关键技术难点进行攻关,对多种关键样机进行研制,并完成高能同步辐射光源的物理设计和工程方案,预留进一步升级到衍射极限储存环的可能,具备建设全球最高亮度同步辐射光源的能力。

我国目前已建成的同步辐射光源的能量均处于中、低能区,因此在大于40keV能量的硬X射线波段的光谱亮度上与国际上的先进高能光源存在着明显的差距。作为中科院和北京市共建怀柔科技城的核心装置,高能同步辐射光源(HEPS)是一台电子能量为6GeV、发射度~0.06nm•rad、世界上最高亮度的同步辐射光源,拟于“十三五”期间,在北京市怀柔区建设。HEPS的建设将使我国加入世界高能同步辐射光源的行列,为国家需求、工业核心创新能力相关的研究领域提供强大的支撑,优化我国同步辐射光源的能区、地域分布。HEPS的高能量下达到大流强、极低发射度的建设指标对加速器、光束线和实验站的设计、建设和运行提出了苛刻的技术要求,因此,决定“两步走”完成建设:先进行HEPS-TF预制研究、再正式建设HEPS。

中国遥感卫星地面站  

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中国遥感卫星地面站(以下简称“地面站”)是根据邓小平同志1979年访美期间所签订的中美科技合作备忘录建立的。当时经中央政治局研究决定由中国科学院承担建设任务,经过近7年的筹备和建设,于1986年12月建成并投入运行,邓小平同志亲笔题写了站名。地面站的主要任务是接收、处理、存档、分发国内外对地观测卫星数据,为全国各行各业提供服务;开展卫星数据接收与处理以及相关技术的研究;开展国际交流,与国外台站进行科学技术协作。它的建立填补了我国资源卫星数据源的空白,它的发展催发和支持了我国遥感应用的发展,促进了遥感应用从科学实验向实用化、产业化的发展。

遥感飞机  

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为了推动我国遥感事业的发展,1985年5月,中科院批准成立了航空遥感中心。在国家计委和中科院支持下,1986年,该中心配备了两架性能先进的美国塞斯纳“奖状S/II型”(CITATION S/II)高空遥感飞机,飞机最大航程3300公里,航高13000米,起飞重量1.4吨,航速746公里/小时,配有精确的GPS导航和POS等系统,具有全天候飞行作业的能力。先进的航空飞机平台实现了遥感设备选择的系列化和模块化,可装载航空照相机、成像光谱扫描仪、成像雷达等多种遥感传感器,并具有吊舱采集大气采样和酸雨样本等功能。

遥感飞机投入运行后,在中科院的领导下,中心牵头组织了国内20多个科研单位联合攻关。在五年时间内,自主研制完成了一套以遥感飞机为高空平台,集成了包括可见光、近红外、热红外和微波光谱波段等在内的13台(套)遥感仪器,从而构成中国第一套最为先进和规模最大的航空遥感技术系统。该项目获得中科院科技进步奖特等奖;国际科技进步奖二等奖。

长短波授时系统  

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长短波授时系统是国家不可缺少的基础性工程和社会公益设施,被列为由国家财政部专项经费支持的国家重大科学工程之一。自七十年代初系统正式承担我国标准时间、标准频率发播任务以来,为我国国民经济发展、国防建设、国家安全等诸多行业和部门提供了可靠的高精度的授时服务,基本满足了国家的需求。特别是为以国家的火箭、卫星发射为代表的航天技术领域作出了重要贡献。相应开展的时间频率研究工作,则紧紧围绕国防和国民经济高速发展对时频领域提出新的手段和更高精度的需求而开展,如在守时理论与方法、时间频率测量与控制、时间传递与同步、新的授时手段拓展、国际间远距离高精度时间传递与比对,时间尺度与频率标准、用户时间系统终端研制与开发等方面做了大量的基础与应用研究工作,取得了许多理论与技术成果,带动了我国该领域的进步与发展,逐渐形成了具有自身优势和国际影响的时间频率研究、服务、发展中心。

东半球空间环境地基综合监测子午链  

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东半球空间环境地基综合监测子午链项目(简称子午工程)是对沿东经120度子午线附近,利用北起漠河、经北京、武汉,南至海南并延伸到南极中山站,以及东起上海、经武汉、成都、西至拉萨的沿北纬30度附近,共15个综合性观测台站,建成一个以链为主、链网结合的,运用地磁、无线电、光学和探空火箭等多种探测手段,连续监测地球表面20~30公里以上到几百公里的中高层大气、电离层和磁层,以及十几个地球半径以外的行星际空间环境地磁场、电场、中高层大气风场、密度、温度和成份,电离层、磁层和行星际空间中有关参数联合运作的大型空间环境地基监测系统。

中国西南野生生物种质资源库  

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中国西南野生生物种质资源库(The Germplasm Bank of Wild Species)是国家重大科学工程项目。其总体科学目标是建成国际上有重要影响、亚洲一流的野生生物种质资源保存设施和科学体系,使我国的生物战略资源安全得到可靠保障,为我国生物技术产业的发展和生命科学的研究源源不断地提供所需的种质资源材料及相关信息和人才,促进我国生物技术产业和社会经济的可持续发展,为我国切实地履行国际公约、实现生物多样性的有效保护和实施可持续发展战略奠定物质基础。

“科学”号海洋科学综合考察船  

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“科学”号海洋科学综合考察船是我国实现海洋强国战略、开展深远海综合科学考察研究的重大科技基础设施,2007年立项,2012年建成。

“科学”号可满足无限航区要求、具有全球航行能力,集多学科、多功能、多技术手段为一体,具备高精度长周期的动力环境、地质环境、生态环境等综合海洋环境观测、探测以及保真取样和现场分析的能力,其综合海洋环境立体探测范围涵盖全球99.2%的海域。

“科学”号建成以来,取得大量宝贵的多学科调查数据资料,包括高精度深海极端环境信息、地质生物样品及系列重要科学发现,成功开展了深海原位观测和现场实验,为我国深海探测与研究跻身国际前沿并向纵深发展打下坚实基础。未来3-5年,“科学”号将寰勘沧海,在北起冲绳海槽,南至马努斯海盆,西起南海西南部,东到东太平洋海隆的广大海域,开展国家重大科技项目深远海综合调查研究,为深蓝色的强国梦想,破浪远航。

“实验1”科考船  

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新型综合科考船“实验1”是我国第一艘2500吨级入CCS船级的远洋小水线面双体科考船(SWATH),是根据国家中长期发展战略并结合科学院重点涉海学科的迫切需要,于2007年12月在辽宁葫芦岛市渤海船舶重工公司开工建造,2009年4月建成下水使用。

“实验1”可满足在近海、远洋进行海洋水声、地质、物理、生物、化学、大气环境等多学科和交叉学科的综合科学考察,也可担任大范围、大尺度测量网络的布设、观测、调控、遥感和监视等任务,可进行海洋环境实时立体监测体系和综合信息系统研究。作为我国海洋科学考察活动中的一项重大装备,是我国目前最专业的水声学科及先进的海洋多学科的海上实验平台。2012年加入“国家海洋调查船队”,成为“国家海上遥感验证工作站”。

陆地观测卫星数据全国接收站网  

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陆地观测卫星数据全国接收站网建设项目属于国家重大基础设施建设,2007年5月项目可行性研究报告获得批复,同年10月项目初步设计及概算获得批复,2008年5月项目开工报告获得批复,项目正式启动,其建设目标是形成以北京密云、新疆喀什、海南三亚三站联网的覆盖全国的民用接收站网,具备对环境与灾害监测预报小卫星星座、中巴地球资源卫星后续星、以及国际重要陆地观测卫星的运行性数据接收能力,以及与之配套的站网运行管理和数据传输能力,实现高效的运行与服务。

航空遥感系统  

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航空遥感系统利用高性能中型飞机作为飞行平台,加载先进的光学遥感、微波遥感设备和环境大气专用遥感设备,综合集成的国家级主干大型航空遥感系统,建成后将成为我国飞行性能最好、遥感设备集成度最高、观测效率最高、空中作业时间最长、航程最大的航空遥感系统。“航空遥感系统”属于国家重大科技基础设施的公益科技设施,建成后将建立开放共享机制,为国家和社会提供基础科技数据与信息等技术支撑。

综合极端条件实验装置  

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综合极端条件实验装置是国家重大科技基础设施之一。2017年9月28日,项目正式启动建设。该工程拟建成国际上首个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的用户装置,将极大提升我国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力。

本项目建成后将成为国家开展综合极端条件下物质科学与技术研究及相关领域研究的重要实验基地,对提升我国科技基础装置水平、提升我国相关基础科学和高技术领域的原始创新能力,在引领国家科技进步和促进经济社会发展等方面都将展现出重大的科技、经济和社会效益,成为具有国际领先水平的和重要国际影响力的科学与技术研究中心。

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注:以上装置排名不分先后;由于我国大科学装置众多,文中所列仅为部分代表,欢迎大家在评论区补充你所知道的更多大科学装置。


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