“長征七號”火箭首飛成功暨海南文昌

發(fā)射基地啟用

[本刊汛]2016年6月25日20時，采用通用化、系列化、組合化思想設(shè)計的中國新一代運載火箭——“長征七號”遙一火箭在我國新建設(shè)的海南文昌航天發(fā)射場完成首飛?；鸺钶d的多用途飛船縮比返回艙于6月26日15時41分，在尚。次啟用的東風著陸場西南戈壁區(qū)安全著陸?！伴L征七號”運載火箭首次發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功，既定目標全部實現(xiàn)。

“長征七號”是我國載人航天工程為發(fā)射貨運飛船而全新研制的運載火箭，是我國新一代運載火箭中的大個子?；鸺傞L達53.1米，采用低溫推進劑。與我國以往的常規(guī)推進劑火箭和歐美國家1990年代以來推出的新一代運載火箭相比，“長征七號”克服了運輸能力不足、推進劑不環(huán)保、任務(wù)適應(yīng)性不足，以及因發(fā)射任務(wù)日漸繁多而引起的發(fā)射場一二級火箭落區(qū)日益突出的安全問題等缺點。它采用新型的全液氧煤油發(fā)動機動力系統(tǒng)兩級半構(gòu)型，一級由直徑3.35米、采用2臺120噸推力雙擺YF-100發(fā)動機的芯級火箭和4個直徑2.25米、采用120噸推力YF-100發(fā)動機的助推火箭捆綁而成；二級采用4臺18噸推力雙機雙擺YF-115發(fā)動機?！伴L征七號”的地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運載能力達到13.5噸，起飛推力達到960噸，起飛重量達594噸，是我國目前最大運載能力的火箭，將成為我國今后30～50年保持進入空間能力的主力火箭。

此次“長征七號”發(fā)射也是海南文昌航天發(fā)射場的首次啟用。發(fā)射場位于北緯19度19分，東經(jīng)109度48分，是為我國新一代運載火箭發(fā)射和適應(yīng)新任務(wù)需要，專門建設(shè)的低緯度濱海發(fā)射場。它三面臨海，具有緯度低、射向?qū)挕⑦\輸條件好、落區(qū)安全性好等特點。

這次發(fā)射是我國載人航天三步走戰(zhàn)略的第三步——空間實驗室建設(shè)的開局之戰(zhàn)?！伴L征七號”搭載了遠征1A上面級、多用途飛船縮比返回艙、遨龍一號空間碎片主動清理飛行器、天鴿飛行器（2個）、在軌加注實驗裝置和翱翔之星立方星等6項7個載荷。其中，多用途飛船縮比返回艙高約2.3米，最大外徑2.6米，總質(zhì)量約2600千克。它在軌飛行時間約20小時，主要用于獲取返回艙飛行氣動力和氣動熱數(shù)據(jù)，驗證可拆卸防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計、新型輕量化金屬材料制造等關(guān)鍵技術(shù)，并開展黑障通信技術(shù)試驗。多用途飛船縮比返回艙采用彈道式返回著陸，利用傘降系統(tǒng)成功著陸，外觀良好，狀態(tài)正常。它的成功回收，為后續(xù)新型載人飛船的論證設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)奠定了重要基礎(chǔ)。

（趙金才）

“神威太湖之光”超級計算機

[本刊訊]2016年6月20日，國際超級計算機大會發(fā)布了全球最快的500臺超級計算機排行榜，由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研發(fā)的“神威太湖之光”超級計算機以超第二名近三倍的運算速度奪得第一。此次是中國超級計算機的第八次奪冠。

“神威太湖之光”系統(tǒng)實現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的所有核心部件全國產(chǎn)化，是中國研制的第三臺獲得世界冠軍的超級計算機。前兩臺獲冠軍的均為國防科大研制的天河系列計算機。

“神威太湖之光”共有40 960塊處理器（10649600個核心），1.31PB（拍字節(jié)）內(nèi)存。其理論峰值性能達到125.436PFLOPS（Petaflops.千萬億次浮點運算/秒），實測峰值達到93.015PFLOPS，均為世界第一。整機實測功耗為15.3兆瓦，性能功耗比是6GFLOPS/W（60億次浮點運算/瓦），在關(guān)注能效的Green500（綠色500）超級計算機排行榜上位列第三。

“神威太湖之光”的中央處理器（CPU）是上海高性能集成電路設(shè)計中心自主設(shè)計的國產(chǎn)眾核芯片申威26010（SW26010）。該芯片采用28納米制程工藝，主頻1.45GHz（吉赫），由4個核心組構(gòu)成。核心組之間通過片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，每個核心組包括1個管理核心和64個8×8網(wǎng)格分布的計算核心。管理核心的功能為管理、通信和計算，采用雙浮點流水線結(jié)構(gòu)；計算核心的功能為計算，采用單浮點流水線結(jié)構(gòu)。每個核心采用64位精簡指令集（RISC）架構(gòu)，支持256位向量指令。整個芯片共計260個核心，雙精度浮點計算峰值達到3.06TFLOPS（Teraflops，萬億次浮點運算/秒）。

“神威太湖之光”由40個機柜組成，每個機柜有4個超級節(jié)點，每個超級節(jié)點包括32個節(jié)點板，每個節(jié)點板上有4個節(jié)點卡，每個節(jié)點卡含兩個節(jié)點，每個節(jié)點上裝有1個SW26010眾核處理器和32GB（吉字節(jié)）DDR3（第三代雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器）內(nèi)存。節(jié)點之間通過基于PCI-E 3.0（外設(shè)部件互聯(lián)標準擴展3.0版）的神威網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行互聯(lián)。聯(lián)接結(jié)構(gòu)分為三層，頂層為連接各個超級節(jié)點的中心交換網(wǎng)絡(luò)；中間層為單個超級節(jié)點內(nèi)部256個節(jié)點全互聯(lián)的超級節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，供超級節(jié)點內(nèi)部互聯(lián)通信使用；底層為資源共享網(wǎng)絡(luò)，用于連接計算系統(tǒng)和其他資源如輸入輸出資源等。節(jié)點通信使用的主機通道適配器（HCA）卡和交換芯片由邁絡(luò)思（Mellanox）公司提供。節(jié)點間的信息傳遞接口（MPI）的通信速率為12GB/S（吉字節(jié)/秒），延遲約為1微秒。

“神威太湖之光”的冷卻系統(tǒng)采用計算節(jié)點板上全封閉式循環(huán)水冷技術(shù)和定制化的液體水冷單元，水冷機組由克萊門特（Climaveneta）公司提供。

“神威太湖之光”使用基于Linux的國產(chǎn)化的神威睿思操作系統(tǒng)，并針對SW26010眾核處理器，配備了定制的C/C++語言和Fortran語言的神威編譯器、自動向量化工具、基礎(chǔ)數(shù)學庫，以及支持OpenACC 2.0語法的神威OpenACC并行編譯工具等。目前，在“神威太湖之光”上開展研究的應(yīng)用包括先進制造、地球模擬、生命科學和大數(shù)據(jù)分析等，其中三項應(yīng)用獲得2016年“戈登貝爾獎”提名。

（王濤）

中國科研團隊捕獲到馬約拉納費米子

[本刊訊]上海交通大學賈金鋒團隊與浙江大學許祝安、張富春團隊、南京大學李紹春團隊以及美國麻省理工學院傅亮合作，在國際上首次成功地探測到馬約拉納零能模的自旋特性，得到馬約拉納費米子存在的強有力證據(jù)，相關(guān)研究成果于2016年6月21日在線發(fā)表在Physical Review Letters上。

馬約拉納費米子是1937年由意大利物理學家馬約拉納（E.Majorana）預言的一種特殊粒子，其自身也是它的反粒子。在粒子物理領(lǐng)域，科學家試圖通過無中微子雙β衰變實驗來證實中微子是馬約拉納費米子，但一直未取得成功。理論物理學家預言，馬約拉納費米子也會在某些凝聚態(tài)體系中出現(xiàn)——在這些凝聚態(tài)體系中存在一種奇特的準粒子，它們具有和馬約拉納費米子相同的性質(zhì)，即馬約拉納零能模。

2008年，傅亮等人從理論上預言：在三維拓撲絕緣體和s波超導體的界面處，可以存在磁通誘導的馬約拉納費米子。隨后，一些研究組相繼在一維和二維體系中觀測到了馬約拉納費米子存在的跡象——零能峰。由于其他因素也能引起零能峰，所以零能峰并不能完全證實馬約拉納費米子的存在。2014年，李（Patrick A.Lee）和勞（K.T.Law）等人理論上預言一維系統(tǒng)中馬約拉納費米子具有自旋選擇性的安德烈夫反射效應(yīng)（spin selective Andreev reflection）。賈金峰等研究團隊立刻意識到可以用自旋極化掃描隧道顯微鏡來測量這種有自旋選擇性的安德烈夫反射。

研究團隊在超導材料上生長拓撲絕緣體薄膜，使拓撲絕緣體薄膜的表面成為拓撲超導體，在30毫開的極低溫下，利用自旋極化掃描隧道顯微鏡在薄膜表面的渦旋中心進行測量，直接觀察到了由馬約拉納費米子的自旋選擇性的安德烈夫反射效應(yīng)所引起的特有自旋極化電流，實驗結(jié)果與理論計算完全相符。這是實驗上首次觀測到馬約拉納費米子的自旋相關(guān)性質(zhì)，確定性地證明了馬約拉納費米子的存在，并為觀察神秘的馬約拉納費米子提供了一個直接的辦法。（王晉嵐）

首次實現(xiàn)穩(wěn)定可控的可逆單分子光電子開關(guān)

[本刊訊]北京大學化學與分子工程學院郭雪峰團隊和美國賓夕法尼亞大學尼燦（Abraham Nitzan）團隊、北京大學信息科學技術(shù)學院徐洪起團隊合作，以二芳烯分子為功能中心、石墨烯為電極，成功實現(xiàn)了可逆單分子光電子開關(guān)，相關(guān)研究成果于2016年6月17日在線發(fā)表在Science上。

隨著納米科學和技術(shù)的快速發(fā)展，分子器件被廣泛研究，而分子開關(guān)是幾乎所有分子器件的基本組成單元。過去20年，只有不多幾個研究團隊制備出單向單分子電子開關(guān)，如何獲得穩(wěn)定、可逆的單分子電子開關(guān)是人們必須面對的挑戰(zhàn)。

圍繞這一挑戰(zhàn)，郭雪峰研究團隊進行了長期探究。2007年，利用碳納米管電極和二芳烯分子構(gòu)建出具有從關(guān)態(tài)到開態(tài)單向開關(guān)功能的單分子光電子開關(guān)；2012年，進一步完善單分子器件的制備方法，發(fā)展出利用石墨烯為電極的第二代碳基單分子器件的制備方法，在此基礎(chǔ)上于2013年實現(xiàn)了單向單分子電子開關(guān)功能。

通過理論分析和實驗探索，研究團隊意識到，如何有效調(diào)控分子和電極之間的界面耦合是問題的關(guān)鍵。通過在二芳烯功能中心和石墨烯電極之間引入亞甲基基團，實現(xiàn)了穩(wěn)定可控的可逆單分子電子開關(guān)器件。（王晉嵐）

乙烯乙炔分離技術(shù)獲重大進展

[本刊訊]浙江大學邢華斌教授與利莫瑞克大學、得克薩斯大學圣安東尼奧分校等單位合作研究“雜化多孔材料孔化學和尺寸控制實現(xiàn)乙炔乙烯分離”，取得重大成果。該研究提出了離子雜化多孔材料分離乙炔和乙烯的新方法，不僅為乙烯和乙炔的高效分離與節(jié)能降耗提供了解決方法，而且也為其他吸附分離材料的設(shè)計提供了新的途徑。研究論文于2016年5月19日在線發(fā)表于science雜志。

氣體吸附分離過程中普遍存在分離的選擇性和容量難以兼具的現(xiàn)象，由于這一限制，在實現(xiàn)高純氣體的制備中往往會導致設(shè)備投資和能耗居高不下。乙烯和乙炔是基礎(chǔ)化工原料，乙烯生產(chǎn)的技術(shù)水平、產(chǎn)量和規(guī)模標志著一個國家石油化學工業(yè)的發(fā)展水平。在聚合級乙烯和乙炔的生產(chǎn)過程中，至關(guān)重要的一步是乙炔和乙烯的分離，現(xiàn)有的方法包括溶劑吸收和乙炔選擇性加氫，但卻存在著能耗高和消耗大等不足。

針對該挑戰(zhàn)，研究人員首次提出了離子雜化多孔材料吸附分離乙炔和乙烯的新方法。一方面，通過無機陰離子的強氫鍵相互作用實現(xiàn)乙炔分子的高度親和識別，獲得文獻報道最高的乙炔乙烯分離選擇性。與此同時，通過調(diào)控陰離子的空間幾何分布和孔徑大小，實現(xiàn)被吸附的氣體分子-氣體分子之間或氣體分子-多孔材料之間形成協(xié)同相互作用，獲得迄今為止所報道的最大的吸附容量。整個過程簡單、高效和節(jié)能，在極低乙炔分壓（約0.024大氣壓）下，吸附容量可達2.1毫摩/克，乙炔/乙烯（1/99，體積比）的分離選擇性可達39.7～44.8，從而解決了傳統(tǒng)氣體吸附過程分離選擇性和容量難以兼具的巨大挑戰(zhàn)。研究人員采用中子衍射等實驗手段驗證了雜化多孔材料選擇性吸附乙炔的結(jié)構(gòu)及機理。混合氣吸附分離獲得的穿透曲線十分陡峭，表明該多孔材料具有很好的擴散傳遞性能。實驗室中應(yīng)用該材料分離乙烯和乙炔的過程是將材料裝填人吸附柱中，混合氣體以一定流速通入吸附柱，乙炔被完全吸附，得到高純度乙烯。分離結(jié)束后，采用惰性氣體吹掃或加熱抽真空方法可以實現(xiàn)材料的再生和乙炔氣體的回收。 （肖逸）