原標題：2020重大科學問題和工程技術難題

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　　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。

　　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。