湖南之最——發(fā)明創(chuàng)造 重大成果（五）

    之最關(guān)聯(lián)

    巨型計算機“銀河一I”號
　　
    七十年代末，經(jīng)過種種艱難的談判，國家斥巨資從國外購買了一臺巨型機。然而在購買機器的同時，還被迫花錢聘請了兩個“洋監(jiān)工”，因為賣方明確規(guī)定：中方不得將機器派作他用；不得接觸機倉內(nèi)的核心部件；開機、關(guān)機必須由外方技術(shù)人員負(fù)責(zé)操作等，這件事深深刺痛了中國科技工作者們的自尊心。
　　
    1978年初，一直關(guān)注中國科技發(fā)展的鄧小平親自召開會議，聽取有關(guān)部門關(guān)于戰(zhàn)略武器研制的匯報。在會議上，他明確指出：“中國要搞四個現(xiàn)代化，就不能沒有巨型機！中國要搞巨型機！”于是將任務(wù)分給國防科委主任張愛萍，要求五年內(nèi)拿出中國的巨型機。
　　
    1978年5月，張愛萍上將把這一光榮而艱巨的研制任務(wù)下達(dá)給當(dāng)時的長沙工學(xué)院（如今的國防科技大學(xué)），要求五年時間只能提前，不能拖后，計算機的速度必須達(dá)到每秒1億次。從此，以長沙工學(xué)院計算機研究所為主，全國20多個單位參與協(xié)作的億次巨型機研制工作在擔(dān)任工程技術(shù)總指揮和總設(shè)計師長沙工學(xué)院計算機研究所所長慈云桂教授的領(lǐng)銜下正式拉開帷幕。
　　
    億次巨型機是世界級的尖端技術(shù)，科研人員們拋開了長期反復(fù)的試驗，而是大膽地進行了艱難的跨越：查閱大量資料，設(shè)計了更為先進的總體方案；創(chuàng)造性地提出了雙向量陣列的全流水化體系結(jié)構(gòu)；在增加存儲通道的同時，設(shè)計出了使訪問沖突大為減少的主存素數(shù)模；選用高速動態(tài)MOS集成器件做主存，使億次機容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)時國外主流巨型機，而國外兩年后才使用MOS做主存；改用鳳冷，并設(shè)計了鍥形柱狀管道結(jié)構(gòu)，進行等壓短風(fēng)道送風(fēng)；在印制底板的組裝中，采用先進的繞接技術(shù)；提出了與國外主流巨型機軟件兼容的指導(dǎo)思想，開創(chuàng)了并行操作系統(tǒng)、向量化編譯、多級診斷和并行算法等研究，進而在我國首先采用軟件工程方法，研制了多種軟件工具，完成了近200萬行結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計任務(wù)，充分發(fā)揮巨型機硬件的性能。
　　
    1983年11月26日，在科研人員們整整五年的頑強拼搏下，中國第一臺每秒運算億次的巨型機——“銀河—I”的研制終于獲得了成功。至此，我國成為繼美、日等少數(shù)國家之后，能獨立設(shè)計和制造巨型機的國家。銀河億次機的研制成功，徹底打破了西方大國在超高性能計算機上對我國的封鎖，使我國躋身于世界巨型機的研制行列，標(biāo)志著我國計算機技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個新階段。
　　
    如今，隨著銀河—II號、銀河一川號巨型機的相繼問世，銀河系列巨型機已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于中長期天氣預(yù)報、核物理的研究、航天航空飛行器的設(shè)計、衛(wèi)星圖像的處理、油田勘探數(shù)據(jù)的整理、新材料的開發(fā)、新藥品的研制、遺傳基因密碼的破譯甚至國民經(jīng)濟運轉(zhuǎn)模型的模擬等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，并在我們的經(jīng)濟和日常生活中繼續(xù)發(fā)揮著巨大的作用。
　　
    2009年10月29日，中國第一臺國產(chǎn)千萬億次超級計算機（超級計算機又稱高性能計算機、巨型計算機，是世界公認(rèn)的高新技術(shù)制高點和21世紀(jì)最重要的科學(xué)領(lǐng)域之一。）亮相于湖南長沙。中國擁有了歷史上計算速度最快的工具。
　　
    這臺名為“天河一號”的計算機達(dá)到了每秒鐘1206萬億次的峰值速度和每秒563.1萬億次的Linpack實測性能，位居同日公布的中國超級計算機前100強之首。這個速度也意味著，如果用“天河一號”計算一天，一臺當(dāng)前主流微機得算160年。“天河一號”的存儲量，則相當(dāng)于4個國家圖書館藏書量之和。這些數(shù)據(jù)表明中國成了繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家。
　　
    千萬億次超級計算機是國家863計劃重點支持的一個重大項目。“天河一號”采用了“多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)”等7項自主創(chuàng)新技術(shù)，綜合技術(shù)水平居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特點。它的問世，標(biāo)志著中國在高技術(shù)領(lǐng)域搶占世界戰(zhàn)略高地取得了又一次重大突破。
　　
    2010年年底之前，這臺由105個機柜組成、占地面積近千平方米、總重量155噸的龐大計算機將安裝到中國兩個國家級超級計算中心之一的天津中心，向國內(nèi)外用戶提供超級計算服務(wù)，用于大規(guī)模科學(xué)與工程計算，首批重大應(yīng)用包括石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、氣象預(yù)報、短臨地震預(yù)報等。
　　
    衡鋼建成全球最大口徑鋼管機組
　　
    衡鋼720無縫鋼管機組為湖南省重點工程。2008年7月18日，安裝第一根廠房立柱。項目總投資近10億元，產(chǎn)品主要為建筑結(jié)構(gòu)用無縫鋼管、電站鍋爐用無縫鋼管、石油套管、氣瓶用無縫鋼管等各類無縫鋼管。
　　
    2009年7月3日1 8時26分，一根直徑為446毫米、壁厚為25.5毫米、長度為8500毫米的大口徑無縫鋼管，順利通過720無縫鋼管機組的關(guān)鍵設(shè)備——皮爾格軋機，再經(jīng)過切鋸、步進爐和定徑機等工序后順利下線。這標(biāo)志著全球最大口徑鋼管機組已在華菱衡陽鋼管（集團）有限公司成功建成并投入運營。
　　
    衡鋼720無縫鋼管機組采用的720皮爾格軋機，是全球最大的鋼管軋機，其工藝具有鍛造特性，適合于生產(chǎn)合金、厚壁無縫鋼管。衡鋼720無縫鋼管機組投產(chǎn)后，將使企業(yè)的產(chǎn)品直徑由8-365毫米，擴大到8- 720毫米，壁厚由30毫米，擴大到120毫米。衡鋼由此將成為全球為數(shù)不多和國內(nèi)唯一一家大中小規(guī)格齊全的無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)，并將構(gòu)筑產(chǎn)品系列化優(yōu)勢，可滿足電站、石油化工、建筑鋼結(jié)構(gòu)、機械等行業(yè)對特大口徑、厚壁、高合金無縫鋼管的需求，大幅提升對客戶的配套能力。尤其是開發(fā)大口徑的電站高壓鍋爐用管和核電用管，衡鋼720無縫鋼管機組獨具實力。該機組達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)量可達(dá)20萬噸，預(yù)計2009年可生產(chǎn)鋼管3.5萬噸，實現(xiàn)當(dāng)年盈利。發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞
　　
    2006年，湘雅醫(yī)院神經(jīng)外科專家組發(fā)現(xiàn)了“腫瘤干細(xì)胞”，這一重大發(fā)現(xiàn)將可能成為根治癌癥的突破口。
　　
    腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)是一種意外收獲。他們這個課題組原本是通過對神經(jīng)干細(xì)胞的研究，來修復(fù)被破壞和損傷的神經(jīng)細(xì)胞的，但他們在對多位患有腦瘤的患者研究時意外地發(fā)現(xiàn)，在他們的腦瘤中有一個神經(jīng)球，而且這個神經(jīng)球不斷在擴增，經(jīng)過反復(fù)分析和判斷，確定它是“腫瘤干細(xì)胞”，即癌癥的母細(xì)胞。
　　
    上個世紀(jì)國外醫(yī)學(xué)專家曾推測，癌癥腫瘤中一定存在一種可以不斷自我更新的母細(xì)胞，即“腫瘤干細(xì)胞”。方加勝教授則帶領(lǐng)幾位專家在探索中證實了這個假想。他們通過實驗進一步證實：腦瘤細(xì)胞是由一種名為“腫瘤干細(xì)胞”的物質(zhì)分化而來的，腦瘤細(xì)胞不斷地包裹、擴散就形成了團狀的腦瘤。而只要找準(zhǔn)這種“腫瘤干細(xì)胞”，并對它實施醫(yī)學(xué)打擊，就可能從根本上摧毀癌細(xì)胞的母體，那么母體周圍的腦瘤細(xì)胞就會陸續(xù)凋亡，整個腦瘤團也會隨之潰散。用方教授的話說，只要摧毀了“腫瘤干細(xì)胞”，就可使癌細(xì)胞全部死亡。
　　
    方教授還認(rèn)為，別的部位的癌癥的發(fā)生，也應(yīng)當(dāng)是同樣的道理。即有一個母體繁殖、擴增的。如果是這樣的話，人類只要對癌細(xì)胞的“母體”打擊，那么對癌癥的治療有可能會更加有效。
　　
    中國首例供胚移植試管嬰兒
　　
    1988年6月7日，中國首例供胚移植試管嬰兒在湖南醫(yī)科大學(xué)附二醫(yī)院（現(xiàn)中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院）順利誕生。這是中國醫(yī)學(xué)工作者在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)上的一次重大突破。
　　
    1978年，世界首例“試管嬰兒”在英國誕生。中國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)創(chuàng)始人盧惠霖和他的女兒、中國著名的生殖遺傳學(xué)家盧光琇教授決心開辟中國的生殖工程研究，并著手理論準(zhǔn)備和總體設(shè)計。
　　
    他們經(jīng)過鉆研努力，取得顯著成效。1981年，中國第一個人類冷凍精子庫成立，并成為國家精子庫技術(shù)指導(dǎo)中心；1983年，誕生了中國第一例冷凍精液人工授精嬰兒。隨后，與湖南醫(yī)科大學(xué)附一院、附二院開展了長達(dá)5年多的臨床合作，通過體外授精——胚胎移植研究，于1988年6月終于誕生了兩例經(jīng)腹腔鏡取卵的“試管嬰兒”，其中一例為中國首例供胚移植試管嬰兒，并率先在國內(nèi)制造出了人類胚胎染色體；1990年，利用顯微操作技術(shù)在中國建立了第一個小鼠植入前胚胎遺傳學(xué)診斷模型，使中國成為繼澳大利亞、英國之后第三個掌握這一技術(shù)的國家；1991年，首創(chuàng)從高畸形精液分離正常精子的方法，并用此法產(chǎn)下了正常嬰兒，這是世界上首例經(jīng)畸形精子分離后授精產(chǎn)出的嬰兒；1993年，轉(zhuǎn)基因動物試驗獲得成功，次年建立了小鼠顯微授精技術(shù)，為開展人類的顯微授精治療打下了技術(shù)基礎(chǔ)；1995年，誕生了聚合嵌合小鼠，為以后建立基因打靶技術(shù)作了準(zhǔn)備；1996年細(xì)胞核移植獲得成功，這個技術(shù)應(yīng)用于人類，可使高齡和具有嚴(yán)重遺傳缺陷、卵母細(xì)胞染色體嚴(yán)重異常的婦女，達(dá)到生育正常嬰兒的目的。
　　
    試管嬰兒的誕生被認(rèn)為是繼心臟移植成功后醫(yī)學(xué)上的又一大奇跡。它標(biāo)志著人類對自身生殖過程的認(rèn)識有了一個質(zhì)的飛躍。迄今，中國已降生了約五百個試管嬰兒。
　　
    湖南核殼生物納米顆粒研究
　　
    湖南大學(xué)開展的“核殼生物納米顆粒的研究與應(yīng)用”于2008年10月31日通過專家鑒定。中科院院士陳洪淵教授等國內(nèi)著名專家認(rèn)為，這項擁有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的研究，在理論上和制作技術(shù)上均獲得重大突破，并在應(yīng)用中取得顯著成就，是納米和生物相結(jié)合研究領(lǐng)域中一項居世界領(lǐng)先水平的重大成果。
　　
    納米技術(shù)和生物技術(shù)，是本世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的兩大潮流，兩者結(jié)合的新興學(xué)科具有強大的生命力。近幾年來，湖南大學(xué)校長、博士生導(dǎo)師王柯敏教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，瞄準(zhǔn)這一研究領(lǐng)域的最前沿，在納米尺度上開展了對單細(xì)胞、單分子的理論及技術(shù)研究，成功地研制出多種新型核殼生物納米顆粒，并為這一原創(chuàng)性科研成果申請了3項發(fā)明專利。
　　
    課題組在核殼顆粒制作的過程中，理論上獲得重大突破，證明了外殼與內(nèi)核能否結(jié)合，二者之間的電荷起著關(guān)鍵作用，為制備各種納米材料提供了理論指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，他們在制備技術(shù)上獲得兩項突破，一是不必在高溫，而是在室溫的條件下便可制備生物納米顆粒，易于工業(yè)化生產(chǎn)，并能通過生物修飾開發(fā)出一系列下游納米顆粒產(chǎn)品，這些顆粒均無毒性，穩(wěn)定性強、靈敏度高；二是實現(xiàn)了同步制備技術(shù)，與國外的制作方法相比，減少了反映步驟，降低了生物表面修飾的難度，提高了制備的效率。
　　
    課題組還將這種神奇的顆粒在多個領(lǐng)域開展了研究性應(yīng)用，他們用比細(xì)胞還小、尺度與病毒相仿的熒光納米顆粒，對白血病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等重大疾病進行早期診斷，比現(xiàn)有的檢測方法靈敏度高數(shù)千倍；用功能化的磁性顆粒，從動植物組織或細(xì)胞中快速分離出DNA物質(zhì)，為破譯生物的奧秘提供了先進手段；用染料納米顆粒試制出新型吸收紫外線的綠色化妝品，抗光漂白、永不褪色的油漆、涂料。最近，他們研制出一種新型基因載體納米顆粒，為基因診斷、治療和基因功能研究提供了最新技術(shù)手段。
　　
    核殼生物納米顆粒研制的難度極大，課題組先后攻克了三大技術(shù)難關(guān)：一是成核技術(shù)，研制出大小均勻、直徑僅為幾十個納米的生物材料；二是包殼技術(shù)，在核材料上包上幾納米厚的透明的無機分子和可降解的有機分子外殼；三是生物表面修飾技術(shù)，即在外殼上再接上各種各樣的功能性生物大分子。
　　
    水泥混凝土材料學(xué)專家史才軍
　　
    史才軍博士，1984和1987年分別獲東南大學(xué)土木工程系無機非金屬材料專業(yè)學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，1990至1992年在加拿大卡爾加里大學(xué)攻讀并獲得材料學(xué)博士學(xué)位；1993至1 999年在加拿大環(huán)境部廢水技術(shù)中心任項目經(jīng)理和高級項目經(jīng)理；1999至2005年在加拿大CJS技術(shù)公司分別任首席科學(xué)家。2005至2007年任美國格雷斯公司研究中心主任科學(xué)家?，F(xiàn)為湖南大學(xué)985工程創(chuàng)新平臺首席科學(xué)家、教授、博士生導(dǎo)師，中南大學(xué)講座教授、博士生導(dǎo)師，紐約州立大學(xué)水牛城分校兼職副教授，重慶大學(xué)和華南理工大學(xué)客座教授，南京工業(yè)大學(xué)和武漢理工大學(xué)的兼職教授。
　　
    史才軍博士在水泥混凝土材料的設(shè)計、測試、耐久性及固體廢物的利用和處置方面做了廣泛深入的研究，在國際國內(nèi)已發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文120余篇，其中SCI收錄50篇、El收錄52篇、ISTP收錄8篇，scI收錄論文他引400多次。自2004年以來，出版英文專著一部（第一作者）、英文編著四部（三部第一作者、一部第二作者），合編英文國際會議論文集一本，組織和主持了1個國際學(xué)術(shù)會議，在美國混凝土協(xié)會的年會上組織了5次專題研討會，在各類國際學(xué)術(shù)會議或研討會上，17次應(yīng)邀擔(dān)任專家委員會委員或分會主席、十多次應(yīng)邀做主題報告和大會報告，被世界各地近30所大學(xué)和大公司應(yīng)邀作學(xué)術(shù)報告和專題講座。
　　
    史才軍博士先后主持有美國、加拿大及南韓政府和公司贊助的項目20多個，總的科研經(jīng)費數(shù)百萬美元。同時也開發(fā)了多個新技術(shù)和產(chǎn)品，他已獲4項美國專利和1項中國專利授權(quán)，還有8項國際專利正在申請中。他發(fā)明的智能自修復(fù)防滲漏材料，被選用在南韓世界上最大的生活垃圾填埋場，防滲漏材料部分的造價為二億美元。史才軍博士親自設(shè)計和主持此技術(shù)在南韓的實驗室和現(xiàn)場的示范和測試，并在最后與南韓的工程設(shè)計公司一起設(shè)計了最后的施工方案。他曾榮獲加拿大國家科學(xué)與工程基金會兩年的工業(yè)研究獎學(xué)金、重慶市自然科學(xué)二等獎及兩項部級三等科技成果獎。
　　
    史才軍博士被應(yīng)邀為近30種國際雜志和四個國際會議審稿，為美國國家自然科學(xué)基金會評審和評選項目申請書，為加拿大國家科學(xué)與工程基金會、環(huán)保部、國際發(fā)展署、大專院校協(xié)會及比利時的魯汶天主教大學(xué)評審了多份項目申請書。
　　
    史才軍博士是加拿大安大略省注冊職業(yè)工程師、美國混凝土學(xué)會(ACI)、美國材料與試驗學(xué)會(ASTM)、加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(CSA)及RILEM中多個專業(yè)學(xué)會的會員。負(fù)責(zé)或參與了多個加拿大和美國水泥和混凝土的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和指南的制訂和修訂，其中包括混自密實混凝土標(biāo)準(zhǔn)、凝土攪拌用水標(biāo)準(zhǔn)、混凝土抗硫酸鹽腐蝕規(guī)范、粉煤灰和天然火山灰使用規(guī)范等。