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目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

知乎精选 2021-10-18 20:34:15

举例子,只列出国际合作和中国的大科学工程,点开标题可跳转至官方网站

天文 - 航天国际空间站(International Space Station,ISS)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:美国、俄罗斯、日本、欧洲空间局(包括 22 个正式成员国,参与国际空间站项目的有 11 国)、加拿大、巴西

耗资:截至 2010 年,耗资 1500 亿美元

起止时间:1998——

当下太空中规模最大的人造物体,人类历史上耗资最大的科学装置,前身是美国宇航局的自由号空间站计划。冷战后,美国和俄罗斯接触,计划合作组建空间站,空间站的绝大多数组件由俄罗斯和美国生产运输,分为俄罗斯轨道段和美国轨道段两部分,另有欧洲空间局建造的哥伦布号实验舱、日本宇宙航空研究开发机构建造的希望号实验舱和加拿大太空总署建造的移动维修系统。值得一提的是,国际空间站搭载的阿尔法磁谱仪也是一台规模巨大,耗资超过 10 亿美元的大型科学装置。

*.中国曾申请加入国际空间站项目,但因政治原因遭到拒绝。

天宫计划

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:中国

耗资:数百亿人民币

起止时间:2021——

中国自主研发建设的最先进的空间站,按照设计,该空间站最少由 3 个轨道舱组成,重量不低于 60 吨,最大规模可达 180 吨。预期寿命为 10 年,预计将在 2022 年建成,其中天和核心舱已于 2021 年 4 月 29 号发射成功。

詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope, JWST)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:美国国家航天局、欧洲空间局、加拿大太空总署

耗资:97 亿美元

起止时间:2021 年发射

计划中的哈勃望远镜后继者,太空中最强大的光学 - 红外望远镜。由 18 片镜片组成等效口径 6.5 米的主镜面,带有自适应光学技术,聚光能力是哈勃望远镜的 6 倍多。詹姆斯·韦伯空间望远镜是史上最精密的科学装置之一,其中的每个镜面抛光误差不超过 10 纳米,镜片背部的马达可以 10 纳米以内的精度调整镜片形状和方向,计划发射到日地之间的第二拉格朗日点,距离是地球到月亮的几倍。望远镜的开发始于 1996 年,原计划于 2007 年发射,拖到现在,可算是要发射了。

载人空间站工程巡天空间望远镜(Chinese Space Station Telescope,CSST)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:中国

耗资:上百亿人民币?

起止时间:2024 年发射

规划中我国迄今为止最大的空间天文基础设施,具有大视场、高像质、宽波段等突出特点。其口径为 2 米,视场是哈勃空间望远镜的 300 倍,并且能够达到近似哈勃望远镜的分辨率,主要承担巡天任务。为了便于维护,巡天空间望远镜将和天宫号空间站运行在同一轨道。

平方千米阵(Square Kilometre Array,SKA)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:澳大利亚、加拿大、中国、法国、德国、印度、意大利、新西兰、西班牙、南非、瑞典、瑞士、荷兰、英国,(新西兰于 2019 年退出,另有其他国家和组织参与该项目)

耗资:2021-2030 年,预计运营建设成本约 19 亿欧元(可能会增加)

起止时间:2018-2023(第一阶段);2023-2030(第二阶段)

最初于 1991 年开始构思,1993 年成立国际工作组。2012 年完成设计,旨在建立全世界最大、最灵敏的射电望远镜阵列,其灵敏度是当下最强射电天文仪器的 50 倍。除了建立在南非和澳大利亚,东西距离 3000 千米的射电望远镜阵列外,还将配备两台世界顶尖的超级计算机。

*.中国是 SKA 计划初创的 7 个成员国之一,曾有在贵州利用喀斯特地貌建立 30 个 300 米射电望远镜的计划,但最终因地理条件等问题被否决。

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

*.目前世界上最昂贵的地面望远镜是建设在智利的阿塔卡马大型毫米 / 亚毫米波阵列(ALMA),该项目耗资约 14 亿美元,2013 年投入使用,主要由欧洲南方天文台、美国、日本、加拿大、台湾省参与建造和运营。

欧洲极大望远镜(Extremely Large Telescope,ELT)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:欧洲南方天文台(包括德国、法国、比利时、荷兰、瑞典、丹麦、瑞士、意大利、葡萄牙、英国、芬兰、西班牙、捷克、奥地利、波兰、爱尔兰 16 个成员国,按加入年份排序,前 5 国为初创国)、智利

耗资:15 亿欧元(可能还将增加)

起止时间:2012-2027

2010 年,欧洲南方天文台选定在智利阿塔卡玛沙漠建设由 798 块镜面组成,等效口径相当于 39.3 米的巨型光学望远镜。望远镜配备自适应光学技术,聚光能力大约是哈勃望远镜的 256 倍,分辨率相当于哈勃望远镜的 16 倍,将成为地球上最大的光学望远镜。

30 米光学望远镜(Thirty Meter Telescope,TMT)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:美国、加拿大、中国、日本、印度

耗资:24 亿美元(可能还将增加)

起止时间:2000-2027

最初由美国国家科学院提出,加州大学和加州理工大学设计开发,旨在建设一座由 492 块镜面组成,等效口径相当于 30 米的巨型光学和红外望远镜。望远镜配备自适应光学技术,分辨率相当于哈勃望远镜的 10 倍。望远镜建设在夏威夷的冒纳凯亚山上,原计划 2018 年竣工,由于原住民和当地的反对,计划大大推迟。该计划得到了戈登和贝蒂.摩尔基金会、加拿大改革创新基金、美国国家科学基金会等机构的资金支持,2008 年后,日本、中国、印度相继加入该项目。

巨型麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope,GMT)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:美国、澳大利亚、巴西、韩国、智利

耗资:10 亿美元

起止时间:2015-2029

由美国牵头,澳大利亚、巴西、韩国参与,放置在智利阿塔卡玛沙漠的巨型光学望远镜计划。巨型麦哲伦望远镜由 7 块 8.4 米的巨型反射镜组成,配备自适应光学技术,等效于一台 24.5 米口径的光学望远镜,分辨率预计将达到哈勃望远镜的 10 倍。除了以上国家以外,日本、德国公司也参与了仪器的制造工作。

爱因斯坦望远镜(Einstein Telescope,ET)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:欧洲引力天文台(由法国和意大利创立、荷兰于 2021 年加入,另有一些合作伙伴)、德国、英国

耗资:19 亿欧元

起止时间:?-??

还在设计阶段,计划建造边长 10 千米,以等边三角形排列的引力波探测器,以验证爱因斯坦的广义相对论,进行引力波天文学关注。

哥白尼计划(Copernicus Programme)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:欧盟

耗资:约 10 亿欧元

起止时间:2013——

又称全球环境与安全监测计划(Global Monitoring for Environment and Security,GMES),旨在对欧洲和非欧洲国家现有和未来发射的卫星数据及现场观测数据进行协调和集成,实现环境与安全的实时动态监测,为决策者提供数据,帮助他们制定环境法案,或者对自然灾害、人道主义危机等紧急状况作出反应。

物理 - 能源大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:超过 100 个国家

耗资:截至 2010 年,耗资约 45 亿美元,后续还有升级计划

起止时间:1998-2010,2015 年完成第一轮升级,目前正在进行第二轮升级

世界最大的粒子对撞机,LHC 的主体位于法国、瑞士边境的一条周长 27 千米,深达 175 米的隧道内,由欧洲核子研究中心(CERN,包括 23 个成员国)牵头,全世界超过 100 个国家,10000 名物理学家参与了该项目的兴建和运营。LHC 能够以每束 6.5TeV 的能量进行粒子撞击实验,2013 年,研究人员利用该对撞机发现了希格斯玻色子。

国际上还有一些大型的粒子极速器项目,个个耗资 10 亿美元以上,不过基本都在计划状态,主要有——

国际直线对撞机(International Linear Collider)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:以日本和欧洲核子研究中心(CERN)为主,全世界 49 个国家,2400 多名科学家和工程师参与

耗资:2007 年估计为 67.5 亿美元,美国能源部估计约 200 亿美元

起止时间:2020-?

国际直线加速器希望能够建立 2 个 20 千米长的直线对撞机,以提供 500GeV 能量的粒子加速实验。该计划早期有德国、俄罗斯和日本 3 个备选地点,2008 年经济危机之后,日本成为该项目最有可能的建设地点,不过日本政府觉得该项目耗资过大,正在寻求其他国家的资金支持以完成此项目。

未来环形对撞机(Future Circular Collider)

参与国家:世界各地超过 150 多所学校和研究机构

耗资:?

起止时间:?-??

计划中的大型强子对撞机的后继版本,还在概念阶段。

环形正负电子对撞机(CEPC-SppC)

参与国家:中国

耗资:300 亿人民币

起止时间:?-??

由中科院高能所所长王贻芳和数学家丘成桐推动,杨振宁公开反对的大型粒子对撞机项目。旨在建设一台超过 LHC 的,周长达 100 千米的超级对撞机,并希望能借此引领国际高能物理的发展,成为世界科学中心。

国际热核聚变实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:主要由欧盟、中国、日本、印度、韩国、俄罗斯、美国组织和运营,英国和瑞士通过欧洲原子能共同体参加,澳大利亚、加拿大、哈萨克斯坦、泰国通过合作参加该项目

耗资:建设成本 100-220 亿欧元之间,总成本 450-650 亿美元之间

起止时间:2013-?

也许是有史以来最昂贵,最复杂的大科学装置之一,旨在建设世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆,生成超过 10 亿摄氏度的氢等离子体,产生约 5 亿瓦的核聚变能量并维持大约 500 秒,以此探寻和平利用核聚变的能源之路。该项目预计将持续 30 年,10 年建造,20 年运行。

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)

参与国家:中国

耗资:>10 亿美元

起止时间:?-??

计划中由中国自主设计研制,联合国际合作的重大科学工程。计划以 ITER 计划中已有的核聚变研究为基础,建立规模相近的示范电厂。

多用途混合研究反应堆(Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications,MYRRHA)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:比利时等

耗资:16 亿欧元

起止时间:2018-2039

世界第一个由粒子加速器驱动的研究性核反应堆,旨在融合核反应堆和粒子加速器,为乏燃料、核医学、基础和应用物理学提供研究机会。

生物人类基因组计划(Human Genome Project)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:美国、英国、日本、法国、德国、中国(俄罗斯、澳大利亚等国研究机构也有参与)

耗资:30 亿美元

起止时间:1990-2003,2003 年 4 月完成最终测序图谱,但存在一些尚待解决或者测序不精确的缺口,预计 2021 年补完缺口

由美国能源部和美国国家卫生研究院推动,美国国家卫生研究院和英国惠康基金会(英国最大的慈善基金会)资助,旨在 测定组成人类染色体中所包含的 2.5 万个基因的 30 亿个碱基对,绘制人类基因组图谱,辨识其载有的基因及其序列,破译人类遗传信息。

人脑计划(Human Brain Project,HBP)

目前和可预见的未来,国内外有哪些投资超过10亿美元的大科学工程?

参与国家:欧盟

耗资:10 亿欧元

起止时间:2013-?

主要由欧盟发起并资助,计划在不同的空间和时间尺度上研究大脑。依靠神经科学、哲学、计算机等各个领域的学者,通过实验数据、理论探索、计算机建模等各种手段研究人类的大脑。

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