重大科學問題和工程技術難題

中國科協重大科學問題和工程技術難題是2018年以來，中國科學技術協會每年年中整理髮布的「對科學發展具有導向作用、對技術和產業創新具有關鍵作用」的前沿科學問題和工程技術難題，至2020年，有100個問題入選，2021年起又增加了「產業技術問題」。

2018年

2018年中國科協了60個重大重大科學問題和工程技術難題，分為12個領域：

• 地球科學領域

1. 超高精度量子慣性導航--中國測繪地理信息學會
2. 空間天氣的及時準確預報--中國空間科學學會
3. 岩石圈構造應力場及其作用過程--中國岩石力學與工程學會

• 公共安全領域

1. 煤礦重特大災害智能報警方法與技術--中國煤炭學會
2. 工程結構安全的長期智能監測預警技術--中國建築學會
3. 城市交通基礎設施智能協同運營技術--中國土木工程學會

• 交通運輸領域

1. 基於北斗衛星和5G通信技術的新型高速鐵路列車運行控制技術--中國鐵道學會
2. 高原高寒凍土地區高速鐵路與公路修建關鍵技術--中國鐵道學會
3. 跨深大海峽（懸浮隧道）關鍵技術--中國建築學會
4. 面向未來交通的路網全感知技術--中國公路學會
5. 時速1000公里及以上低真空管道運輸高速磁懸浮鐵路建造關鍵技術--中國鐵道學會
6. 未來城市地下交通及物流系統--中國公路學會

• 空天科技領域

1. 航天運輸技術難題--中國宇航學會
2. 飛機級系統框架設計及仿真技術--中國航空學會
3. 面向工程應用的高精度動態測量--中國航空學會

• 能源環境領域

1. 高效長壽命低成本電化學電力儲能技術--中國電機工程學會
2. 海洋生態系統儲碳與全球變化--中國生態學學會
3. 脆弱生境生物多樣性的維持機制--中國生態學學會
4. 高水平放射性廢物安全處置--中國核學會
5. 綠色安全高效的低成本制氫技術--中國化工學會
6. 川藏鐵路建設難點--中國岩石力學與工程學會
7. 未來全球能源網際網路的關鍵技術--中國電機工程學會

• 農業科技領域

1. 綠色農藥創新研究和原創性靶標的發現--中國植物保護學會
2. 固態有機廢棄物生物轉化及其資源梯級利用--中國化工學會

• 生命科學領域

1. 基於核酸物質的基因精準調控與醫藥技術--中國生物物理學會
2. 植物工廠人工環境條件下植物的生長發育調控--中國園藝學會
3. 細胞命運決定機制的研究--中國細胞生物學學會
4. 遺傳信息的結構編碼——納米尺度遺傳信息動態結構解析--中國生物物理學會
5. 人類智能的基因調控機理--中國人工智慧學會
6. 全球變化對動物的影響及應對--國際動物學會
7. 植物對逆境的記憶功能與進化--中國植物生理與植物分子生物學學會
8. DNA存儲技術--中國遺傳學會
9. 意識讀取的前沿問題和關鍵技術--中國認知科學學會

• 數理化基礎學科領域

1. 記憶的物理化學基礎--中國化學會
2. 單分子化學反應動態過程的可視化--中國化學會
3. 超臨界場強的量子電動力學效應--中國核學會
4. 宇宙中重元素的起源--中國核學會
5. 極端條件下的可控燃燒--中國工程熱物理學會

• 先進材料領域

1. 高性能熱電材料--中國電機工程學會
2. 納米纖維產業化生產關鍵技術--中國紡織工程學會
3. 核能系統高安全結構材料--中國核學會
4. 高活性可見光催化材料--中國科協先進材料學會聯合體
5. 人工智慧技術與新型智能複合材料的深度融合--中國複合材料學會

• 信息科技領域

1. 類腦計算--人工智慧學會
2. 新一代認知物聯網關鍵技術研究
3. 抗量子密碼算法技術--中國密碼學會
4. 大規模共享無人載運工具的協同智動管控仿真--中國仿真學會
5. 工業網際網路中數據集成和邊緣處理技術--中國科協智能製造學會聯合體
6. 人與機器的情感交互--中國仿真學會

• 醫學健康領域

1. 腫瘤轉移機制與抗腫瘤轉移新藥研發--中國抗癌協會
2. 老年性痴呆的機制解析及診治難點--中國病理生理學會
3. 精神疾病的新型治療方法--中國心理學會
4. 免疫微環境分子分型及免疫治療耐藥機制--中國抗癌協會

• 智能製造領域

1. 人機共融（The fusion of man and machine）關鍵技術--中國科協智能製造學會聯合體
2. 微腔中的力光電子傳感--中國儀器儀表學會
3. 高性能動力電池研發技術--中國汽車工程學會
4. 新一代智能製造系統
5. 基於多源信息融合的大型複雜系統健康狀態監測與評估--中國機械工程學會
6. 人工智慧在智能駕駛工程技術開發中的應用研究--中國汽車工程學會
7. 先進微納機器人技術--中國機械工程學會

2019年

2019年評選出的20個重大科學問題和工程技術難題如下：

1. 暗物質是種能探測到的基本粒子嗎?
2. 對雷射核融合新途徑的探索
3. 單原子催化劑的催化反應機理
4. 高能量密度動力電池材料電化學
5. 情緒意識的產生根源
6. 細胞器之間的相互作用
7. 單細胞多組學技術
8. 廢棄物資源生態安全利用技術集成
9. 全智能化植物工廠關鍵技術難題
10. 近地小天體調查、防禦與開發問題
11. 大地震機制及其物理預測方法
12. 原創藥物靶標發現的新途徑與新方法
13. 中醫藥臨床療效評價創新方法與技術
14. 人工智慧系統的智能生成機理
15. 氫燃料電池動力系統
16. 可再生合成燃料
17. 綠色超聲速民機設計技術
18. 重複使用航天運輸系統設計與評估技術
19. 千米級深豎井全斷面掘進技術
20. 海洋天然氣水合物和油氣一體化勘探開發機理和關鍵工程技術

2020年

2020年的十個前沿科學問題為：

1. 冠狀病毒跨種傳播的生態學機制是什麼？
2. 引力波將如何揭示宇宙奧秘？
3. 地球物質是如何演化與循環的？
4. 第五代核能系統會是什麼樣子？
5. 特種能場輔助製造的科學原理是什麼？
6. 數字交通基礎設施如何推動自動駕駛與車路協同發展？
7. 調節人體免疫功能的中醫藥機制是什麼？
8. 植物無融合生殖的生物學基礎是什麼？
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？
10. 如何建立虛擬孿生理論和技術基礎並開展示範應用？

十個工程技術難題為：

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？
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？
3. 如何實現農業重大入侵生物的前瞻性風險預警和實時控制？
4. 信息化條件下國家關鍵基礎設施如何防範重大電磁威脅？
5. 矽光技術能否促成光電子和微電子的融合？
6. 如何解決集成電路製造工藝中缺陷在線檢測難題？
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？
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？
9. 如何突破進藏高速公路智能建造及工程健康保障技術？
10. 如何突破光刻技術難題？

2021年

2021年中國科協又增加了十個「產業技術問題」。

2021年的十個前沿科學問題為：

1. 如何突破大尺寸晶體材料的製備理論和技術？
2. 納米尺度下高效催化反應的作用機制是什麼？
3. 農作物基因到表型的環境調控網絡是什麼？
4. 中微子質量和宇宙物質-反物質不對稱的起源是什麼？
5. 地球以外有統一的時間規則嗎？
6. 大腦中的記憶是如何產生和重現的？
7. 以新能源為主體的新型電力系統路徑優化和穩定機理是什麼？
8. 鋁合金超低溫變形雙增效應的物理機制是什麼？
9. 如何揭示板塊運動動力機制?
10. 「亞洲水塔」失衡失穩對青藏高原河流水系的影響如何？

2021年的十個工程技術難題為：

1. 如何高效利用農業微生物種質資源？
2. 如何解決三維半導體晶片中納米結構測量難題？
3. 如何開發比能量倍增的全固態二次電池？
4. 如何發展中國自主超高解析度立體測圖衛星關鍵技術？
5. 如何利用人工智慧實現醫療影像多病種識別並進行輔助診療？
6. 如何突破深遠海航行裝備製造與安全保障工程技術難點？
7. 如何創建5G+三早全周期健康管理系統？
8. 如何通過重要生態系統修復工程構建精準高效的生態保護網絡和恢復生物多樣性？
9. 如何構建中國生態系統碳匯擴增的技術體系？
10. 如何製造桌面級的微小型反應爐電池？

2021年的十個產業技術問題為：

1. 如何實現面向大規模集成光晶片的精準光子集成？
2. 如何開發針對老齡化疾病的醫用人工植入材料？
3. 如何開發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品？
4. 如何開發大規模低能耗液氫技術和長距離綠氫儲運技術？
5. 如何解決中國航空發動機短艙關鍵技術問題？
6. 如何突破耕地重金屬的靶向快速經濟安全減污技術？
7. 如何利用風光水（風力、太陽能、水力）加快實現「碳中和」目標？
8. 如何攻克漂浮式海上風電關鍵技術研發與工程示範難題?
9. 如何製備高潔淨高均質超細晶高端軸承鋼材料？
10. 如何發展與5G/6G融合的衛星網際網路通信技術？

2022年

2022年的重大科學問題、工程技術難題和產業技術問題：

10個前沿科學問題為：

1. 如何早期診斷無症狀期阿爾茨海默病？
2. 如何實現可信可靠可解釋人工智慧技術路線和方案？
3. 如何實現原子尺度精準製備和結構調控構建未來信息功能器件？
4. 新污染物治理面臨何種問題和挑戰？
5. 如何實現自動、智能、精準的化學合成？
6. 如何整合多組學對生物的複雜性狀進行研究？
7. 能否實現材料表面原子尺度可控去除？
8. 如何全方位精準評價城市綜合交通系統及基礎設施韌性？
9. 宇宙中的黑洞是如何形成和演化的？
10. 制約海水提鈾的關鍵科學問題是什麼？

10個工程技術難題為：

1. 如何突破我國深遠海養殖設施的關鍵技術？
2. 如何實現我國煤礦超大量三廢（固、液、氣）低成本地質封存及生態環境協同發展？
3. 如何創建心源性休克的綜合救治體系？
4. 如何實現全固態鋰金屬電池的工程化應用？
5. 如何實現高精密複雜硬曲面隨形電路？
6. 如何突破高原極複雜地質超長深埋隧道安全建造與性能保持技術難題？
7. 如何解決高溫跨介質的熱/力/化學耦合建模與表徵難題？
8. 如何從低品位含氦天然氣中提取氦氣？
9. 如何利用遙感科技對地球健康開展有效診斷、識別與評估？
10. 如何實現極大口徑星載天線在軌展開、組裝及建造？

10個產業技術問題為：

1. 如何建立細胞和基因療法的臨床轉化治療體系？
2. 如何實現存算一體晶片工程化和產業化？
3. 碳中和背景下如何實現火電行業的低碳發展？
4. 如何通過標準化設計，自動化生產，機器人施工和裝配式建造系統性解決建築工業化和高能耗問題？
5. 如何發展自主可控的工業設計軟體？
6. 如何利用多源數據實現農作物病蟲害精準預報？
7. 如何採用非石油原料高效、安全地合成己二腈？
8. 小麥莖基腐病近年為什麼會在我國小麥主產區暴發成災，如何進行科學有效地防控？
9. 如何研製大型可變速抽水蓄能機組？
10. 如何突破滿足高端應用領域需求的高品質對位芳綸國產化卡脖子技術？

2023年

2023年的重大科學問題、工程技術難題和產業技術問題：

10個前沿科學問題：

1. 如何實現低能耗人工智慧？
2. 如何實現飛行器在上層大氣層機動飛行？
3. 利用新型符合測量方式能否搜尋磁單極子和軸子暗物質的存在？
4. 非線性效應會隨尺度變化嗎？
5. 影響高性能纖維發展的基礎科學問題是什麼？
6. 全球氣候變化背景下作物如何適應土壤環境？
7. 現代陸地生態系統是如何起源的？
8. 生殖衰老的觸發及延遲機制是什麼？
9. 如何實現可控核融合的穩態燃燒？
10. 如何探明更高速度輪軌系統耦合機理及能量場分布特徵？

9個工程技術難題：

1. 如何實現在原子、電子本徵尺度上的微觀動力學實時、實空間成像？
2. 如何解決稀土基體中痕量雜質的高效分離難題，突破高純稀土材料工程化製備技術及裝備？
3. 適用於新型電力系統的長周期儲能方式是什麼？
4. 如何實現大田作物綠色優質豐產無人化栽培技術？
5. 如何突破多災種驅動作用下艱險山區國家重大鐵路超高寬幅站場路基長期風險評估與性能保持技術難題？
6. 如何突破新能源廢料清潔高值化利用？
7. 如何突破低鉑、低成本車用燃料電池電堆關鍵技術？
8. 如何實現核動力載人火星探測的快速往返？
9. 如何將腦機接口技術應用到臨床醫療中？

10個產業技術問題：

1. 如何突破碳纖維複合材料在我國未來超高速軌道交通車輛裝備的應用？
2. 如何發揮我國信息通信產業優勢，快速實現芯粒（Chiplet）技術和產業突破？
3. 石油基炭材料高端化技術如何發展？
4. 如何通過柔性薄膜技術實現星載輕質可展開陣列天線？
5. 如何實現生殖幹細胞精準移植技術在養殖魚類單性種質創製中的廣泛應用？
6. 梯級水庫群如何實現汛限水位聯合優化調控？
7. 如何高值利用有機污染化工廢鹽，推動化工產業高質量發展？
8. 如何在沙漠戈壁荒漠地區構建千萬千瓦級新能源基地並實現安全穩定送出？
9. 如何發展面向高性能和低成本產業升級的自主可控SoC晶片？
10. 如何實現衝擊地壓煤層智能安全高效開採？