湖南之最——发明创造 重大成果（五）

    之最关联

    巨型计算机“银河一I”号
　　
    七十年代末，经过种种艰难的谈判，国家斥巨资从国外购买了一台巨型机。然而在购买机器的同时，还被迫花钱聘请了两个“洋监工”，因为卖方明确规定：中方不得将机器派作他用；不得接触机仓内的核心部件；开机、关机必须由外方技术人员负责操作等，这件事深深刺痛了中国科技工作者们的自尊心。
　　
    1978年初，一直关注中国科技发展的邓小平亲自召开会议，听取有关部门关于战略武器研制的汇报。在会议上，他明确指出：“中国要搞四个现代化，就不能没有巨型机！中国要搞巨型机！”于是将任务分给国防科委主任张爱萍，要求五年内拿出中国的巨型机。
　　
    1978年5月，张爱萍上将把这一光荣而艰巨的研制任务下达给当时的长沙工学院（如今的国防科技大学），要求五年时间只能提前，不能拖后，计算机的速度必须达到每秒1亿次。从此，以长沙工学院计算机研究所为主，全国20多个单位参与协作的亿次巨型机研制工作在担任工程技术总指挥和总设计师长沙工学院计算机研究所所长慈云桂教授的领衔下正式拉开帷幕。
　　
    亿次巨型机是世界级的尖端技术，科研人员们抛开了长期反复的试验，而是大胆地进行了艰难的跨越：查阅大量资料，设计了更为先进的总体方案；创造性地提出了双向量阵列的全流水化体系结构；在增加存储通道的同时，设计出了使访问冲突大为减少的主存素数模；选用高速动态MOS集成器件做主存，使亿次机容量远远大于当时国外主流巨型机，而国外两年后才使用MOS做主存；改用凤冷，并设计了锲形柱状管道结构，进行等压短风道送风；在印制底板的组装中，采用先进的绕接技术；提出了与国外主流巨型机软件兼容的指导思想，开创了并行操作系统、向量化编译、多级诊断和并行算法等研究，进而在我国首先采用软件工程方法，研制了多种软件工具，完成了近200万行结构化的程序设计任务，充分发挥巨型机硬件的性能。
　　
    1983年11月26日，在科研人员们整整五年的顽强拼搏下，中国第一台每秒运算亿次的巨型机——“银河—I”的研制终于获得了成功。至此，我国成为继美、日等少数国家之后，能独立设计和制造巨型机的国家。银河亿次机的研制成功，彻底打破了西方大国在超高性能计算机上对我国的封锁，使我国跻身于世界巨型机的研制行列，标志着我国计算机技术已经发展到了一个新阶段。
　　
    如今，随着银河—II号、银河一川号巨型机的相继问世，银河系列巨型机已经被广泛地应用于中长期天气预报、核物理的研究、航天航空飞行器的设计、卫星图像的处理、油田勘探数据的整理、新材料的开发、新药品的研制、遗传基因密码的破译甚至国民经济运转模型的模拟等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，并在我们的经济和日常生活中继续发挥着巨大的作用。
　　
    2009年10月29日，中国第一台国产千万亿次超级计算机（超级计算机又称高性能计算机、巨型计算机，是世界公认的高新技术制高点和21世纪最重要的科学领域之一。）亮相于湖南长沙。中国拥有了历史上计算速度最快的工具。
　　
    这台名为“天河一号”的计算机达到了每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能，位居同日公布的中国超级计算机前100强之首。这个速度也意味着，如果用“天河一号”计算一天，一台当前主流微机得算160年。“天河一号”的存储量，则相当于4个国家图书馆藏书量之和。这些数据表明中国成了继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。
　　
    千万亿次超级计算机是国家863计划重点支持的一个重大项目。“天河一号”采用了“多阵列可配置协同并行体系结构”等7项自主创新技术，综合技术水平居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特点。它的问世，标志着中国在高技术领域抢占世界战略高地取得了又一次重大突破。
　　
    2010年年底之前，这台由105个机柜组成、占地面积近千平方米、总重量155吨的庞大计算机将安装到中国两个国家级超级计算中心之一的天津中心，向国内外用户提供超级计算服务，用于大规模科学与工程计算，首批重大应用包括石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、气象预报、短临地震预报等。
　　
    衡钢建成全球最大口径钢管机组
　　
    衡钢720无缝钢管机组为湖南省重点工程。2008年7月18日，安装第一根厂房立柱。项目总投资近10亿元，产品主要为建筑结构用无缝钢管、电站锅炉用无缝钢管、石油套管、气瓶用无缝钢管等各类无缝钢管。
　　
    2009年7月3日1 8时26分，一根直径为446毫米、壁厚为25.5毫米、长度为8500毫米的大口径无缝钢管，顺利通过720无缝钢管机组的关键设备——皮尔格轧机，再经过切锯、步进炉和定径机等工序后顺利下线。这标志着全球最大口径钢管机组已在华菱衡阳钢管（集团）有限公司成功建成并投入运营。
　　
    衡钢720无缝钢管机组采用的720皮尔格轧机，是全球最大的钢管轧机，其工艺具有锻造特性，适合于生产合金、厚壁无缝钢管。衡钢720无缝钢管机组投产后，将使企业的产品直径由8-365毫米，扩大到8- 720毫米，壁厚由30毫米，扩大到120毫米。衡钢由此将成为全球为数不多和国内唯一一家大中小规格齐全的无缝钢管生产企业，并将构筑产品系列化优势，可满足电站、石油化工、建筑钢结构、机械等行业对特大口径、厚壁、高合金无缝钢管的需求，大幅提升对客户的配套能力。尤其是开发大口径的电站高压锅炉用管和核电用管，衡钢720无缝钢管机组独具实力。该机组达产后年产量可达20万吨，预计2009年可生产钢管3.5万吨，实现当年盈利。发现肿瘤干细胞
　　
    2006年，湘雅医院神经外科专家组发现了“肿瘤干细胞”，这一重大发现将可能成为根治癌症的突破口。
　　
    肿瘤干细胞的发现是一种意外收获。他们这个课题组原本是通过对神经干细胞的研究，来修复被破坏和损伤的神经细胞的，但他们在对多位患有脑瘤的患者研究时意外地发现，在他们的脑瘤中有一个神经球，而且这个神经球不断在扩增，经过反复分析和判断，确定它是“肿瘤干细胞”，即癌症的母细胞。
　　
    上个世纪国外医学专家曾推测，癌症肿瘤中一定存在一种可以不断自我更新的母细胞，即“肿瘤干细胞”。方加胜教授则带领几位专家在探索中证实了这个假想。他们通过实验进一步证实：脑瘤细胞是由一种名为“肿瘤干细胞”的物质分化而来的，脑瘤细胞不断地包裹、扩散就形成了团状的脑瘤。而只要找准这种“肿瘤干细胞”，并对它实施医学打击，就可能从根本上摧毁癌细胞的母体，那么母体周围的脑瘤细胞就会陆续凋亡，整个脑瘤团也会随之溃散。用方教授的话说，只要摧毁了“肿瘤干细胞”，就可使癌细胞全部死亡。
　　
    方教授还认为，别的部位的癌症的发生，也应当是同样的道理。即有一个母体繁殖、扩增的。如果是这样的话，人类只要对癌细胞的“母体”打击，那么对癌症的治疗有可能会更加有效。
　　
    中国首例供胚移植试管婴儿
　　
    1988年6月7日，中国首例供胚移植试管婴儿在湖南医科大学附二医院（现中南大学湘雅二医院）顺利诞生。这是中国医学工作者在现代医学技术上的一次重大突破。
　　
    1978年，世界首例“试管婴儿”在英国诞生。中国医学遗传学创始人卢惠霖和他的女儿、中国著名的生殖遗传学家卢光琇教授决心开辟中国的生殖工程研究，并着手理论准备和总体设计。
　　
    他们经过钻研努力，取得显著成效。1981年，中国第一个人类冷冻精子库成立，并成为国家精子库技术指导中心；1983年，诞生了中国第一例冷冻精液人工授精婴儿。随后，与湖南医科大学附一院、附二院开展了长达5年多的临床合作，通过体外授精——胚胎移植研究，于1988年6月终于诞生了两例经腹腔镜取卵的“试管婴儿”，其中一例为中国首例供胚移植试管婴儿，并率先在国内制造出了人类胚胎染色体；1990年，利用显微操作技术在中国建立了第一个小鼠植入前胚胎遗传学诊断模型，使中国成为继澳大利亚、英国之后第三个掌握这一技术的国家；1991年，首创从高畸形精液分离正常精子的方法，并用此法产下了正常婴儿，这是世界上首例经畸形精子分离后授精产出的婴儿；1993年，转基因动物试验获得成功，次年建立了小鼠显微授精技术，为开展人类的显微授精治疗打下了技术基础；1995年，诞生了聚合嵌合小鼠，为以后建立基因打靶技术作了准备；1996年细胞核移植获得成功，这个技术应用于人类，可使高龄和具有严重遗传缺陷、卵母细胞染色体严重异常的妇女，达到生育正常婴儿的目的。
　　
    试管婴儿的诞生被认为是继心脏移植成功后医学上的又一大奇迹。它标志着人类对自身生殖过程的认识有了一个质的飞跃。迄今，中国已降生了约五百个试管婴儿。
　　
    湖南核壳生物纳米颗粒研究
　　
    湖南大学开展的“核壳生物纳米颗粒的研究与应用”于2008年10月31日通过专家鉴定。中科院院士陈洪渊教授等国内著名专家认为，这项拥有中国自主知识产权的研究，在理论上和制作技术上均获得重大突破，并在应用中取得显著成就，是纳米和生物相结合研究领域中一项居世界领先水平的重大成果。
　　
    纳米技术和生物技术，是本世纪科学技术发展的两大潮流，两者结合的新兴学科具有强大的生命力。近几年来，湖南大学校长、博士生导师王柯敏教授领导的研究小组，瞄准这一研究领域的最前沿，在纳米尺度上开展了对单细胞、单分子的理论及技术研究，成功地研制出多种新型核壳生物纳米颗粒，并为这一原创性科研成果申请了3项发明专利。
　　
    课题组在核壳颗粒制作的过程中，理论上获得重大突破，证明了外壳与内核能否结合，二者之间的电荷起着关键作用，为制备各种纳米材料提供了理论指导。在此基础上，他们在制备技术上获得两项突破，一是不必在高温，而是在室温的条件下便可制备生物纳米颗粒，易于工业化生产，并能通过生物修饰开发出一系列下游纳米颗粒产品，这些颗粒均无毒性，稳定性强、灵敏度高；二是实现了同步制备技术，与国外的制作方法相比，减少了反映步骤，降低了生物表面修饰的难度，提高了制备的效率。
　　
    课题组还将这种神奇的颗粒在多个领域开展了研究性应用，他们用比细胞还小、尺度与病毒相仿的荧光纳米颗粒，对白血病、系统性红斑狼疮等重大疾病进行早期诊断，比现有的检测方法灵敏度高数千倍；用功能化的磁性颗粒，从动植物组织或细胞中快速分离出DNA物质，为破译生物的奥秘提供了先进手段；用染料纳米颗粒试制出新型吸收紫外线的绿色化妆品，抗光漂白、永不褪色的油漆、涂料。最近，他们研制出一种新型基因载体纳米颗粒，为基因诊断、治疗和基因功能研究提供了最新技术手段。
　　
    核壳生物纳米颗粒研制的难度极大，课题组先后攻克了三大技术难关：一是成核技术，研制出大小均匀、直径仅为几十个纳米的生物材料；二是包壳技术，在核材料上包上几纳米厚的透明的无机分子和可降解的有机分子外壳；三是生物表面修饰技术，即在外壳上再接上各种各样的功能性生物大分子。
　　
    水泥混凝土材料学专家史才军
　　
    史才军博士，1984和1987年分别获东南大学土木工程系无机非金属材料专业学士学位和硕士学位，1990至1992年在加拿大卡尔加里大学攻读并获得材料学博士学位；1993至1 999年在加拿大环境部废水技术中心任项目经理和高级项目经理；1999至2005年在加拿大CJS技术公司分别任首席科学家。2005至2007年任美国格雷斯公司研究中心主任科学家。现为湖南大学985工程创新平台首席科学家、教授、博士生导师，中南大学讲座教授、博士生导师，纽约州立大学水牛城分校兼职副教授，重庆大学和华南理工大学客座教授，南京工业大学和武汉理工大学的兼职教授。
　　
    史才军博士在水泥混凝土材料的设计、测试、耐久性及固体废物的利用和处置方面做了广泛深入的研究，在国际国内已发表高水平学术论文120余篇，其中SCI收录50篇、El收录52篇、ISTP收录8篇，scI收录论文他引400多次。自2004年以来，出版英文专著一部（第一作者）、英文编著四部（三部第一作者、一部第二作者），合编英文国际会议论文集一本，组织和主持了1个国际学术会议，在美国混凝土协会的年会上组织了5次专题研讨会，在各类国际学术会议或研讨会上，17次应邀担任专家委员会委员或分会主席、十多次应邀做主题报告和大会报告，被世界各地近30所大学和大公司应邀作学术报告和专题讲座。
　　
    史才军博士先后主持有美国、加拿大及南韩政府和公司赞助的项目20多个，总的科研经费数百万美元。同时也开发了多个新技术和产品，他已获4项美国专利和1项中国专利授权，还有8项国际专利正在申请中。他发明的智能自修复防渗漏材料，被选用在南韩世界上最大的生活垃圾填埋场，防渗漏材料部分的造价为二亿美元。史才军博士亲自设计和主持此技术在南韩的实验室和现场的示范和测试，并在最后与南韩的工程设计公司一起设计了最后的施工方案。他曾荣获加拿大国家科学与工程基金会两年的工业研究奖学金、重庆市自然科学二等奖及两项部级三等科技成果奖。
　　
    史才军博士被应邀为近30种国际杂志和四个国际会议审稿，为美国国家自然科学基金会评审和评选项目申请书，为加拿大国家科学与工程基金会、环保部、国际发展署、大专院校协会及比利时的鲁汶天主教大学评审了多份项目申请书。
　　
    史才军博士是加拿大安大略省注册职业工程师、美国混凝土学会(ACI)、美国材料与试验学会(ASTM)、加拿大标准协会(CSA)及RILEM中多个专业学会的会员。负责或参与了多个加拿大和美国水泥和混凝土的标准、规范和指南的制订和修订，其中包括混自密实混凝土标准、凝土搅拌用水标准、混凝土抗硫酸盐腐蚀规范、粉煤灰和天然火山灰使用规范等。