20112021年，我国重大科技基础设施建设水平不断提升，在重点科技前沿领域取得了一批具有世界影响力的原创成果。本书分为基础科学、前沿科技、经济助力与健康保障四篇，邀请30余位各领域一线科技工作者撰文，以问答形式，从科学家的视角为读者科普50项国之重器背后的基础科学知识，帮助读者了解其建造意义及应用前景，拉近读者与科技前沿的距离。本书以大量手绘图解为辅助，从整体和细节上全面展现重器之美，便于读者理解和欣赏。
本书还收入同步辐射光源、中国天眼、中国空间站、高速风洞等重大项目的发展经历及团队侧写，由亲历者讲述重器研发背后的故事，深度挖掘我国几代科学家胸怀祖国、攻关创新、勇攀世界科学高峰的事迹，弘扬科学家精神。

1.50 项覆盖前沿科技和国计民生的国之重器，满足读者对于我国最新前沿科技全方位的了解
本书总结国家十三五科技创新成就展、国家重大科技基础设施，参考十八大以来科技成就，选取了我国近10年来50项具有代表性的科技成果，较全面地反映了国家在基础科学、前沿科技、经济民生、健康保障四个方面所取得的重大成就。大至宏观世界的天体运行、星系演化、宇宙起源，小至微观世界的基因编辑、粒子结构、量子调控，我国都走在当今世界科技发展的最前沿。

2.30余位一线科学家、工程师、科研人员，包括数项大科学装置的首席科学家、总工程师，从他们的视角深入浅出地解读重器的原理与应用、建设时间线和前沿科技研究进展
众多一线科研工作者严谨写作，使用问答的形式介绍每个重器的研制目的和过程。其中包括张衡一号卫星首席科学家申旭辉、JF-22超高速风洞项目负责人姜宗林、港珠澳大桥总设计师孟凡超、智能铸锻铣绿色复合制造机床首席科学家张海鸥等，还有多位参与锦屏地下实验室PandaX暗物质实验、悟空号数据分析、高海拔宇宙线观测站（LHAASO）实验数据物理分析的科学家等。

3.分享科学家故事，弘扬科学家精神，点燃青少年追梦的火焰
本书专门设置了科学家故事专栏，讲述了诺贝尔物理学奖获得者李政道在我国同步辐射光源的建设历程中发挥的重要作用；现任FAST总工程师姜鹏研究员与FAST之父南仁东之间不为人知的师徒情；空间站总师杨宏风雨30年铸就天宫梦的故事；中国风洞从钱学森、郭永怀先生为首的四代学者的传承与坚守，牢牢占据世界前沿的故事；以及获得2020年度国家科学技术最高奖的第四代核电技术开发灵魂人物王大中院士的侧写。

4.150幅特色手绘知识图解
本书通过绘制大量插图，帮助读者在理解制造重器的科学价值的同时，更好地欣赏重器之美。本书的图片绘制也得到各位作者的反复确认和修改，保障了科学性细节。

5.中国工程院院士万元熙、中国科学院院士周忠和院士一致推荐。知乎创始人、首席执行官周源作序推荐。

序 我们能为实现国家科技自立做些什么？

我们这个时代的底色可以说是科技塑造的，科技的飞速发展使得日新月异、一日千里这样的词不再只是比喻，往往代表了我们当下对时间和空间的真实感受。人类在 18 世纪中期进入第一次工业革命时期，19 世纪中期因电力的运用而迎来了第二次工业革命，中国缺席了这两次工业革命，在 20 世纪后半叶抓住了信息技术引领的第三次工业革命的机遇，终于迎头赶上。仅仅 100 多年前，我们这个积贫积弱的农业国面对千年未有之变局还在为谋求民族独立而奋斗，而如今，我国已拥有 41 个工业大类、207 个工业中类和666 个工业小类，成为全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家，并实现了全面建成小康社会的目标，科技进步在其中的重要作用大家有目共睹。
都说十年生聚，十年教训，10 年时间可以带来很大改变，尤其是对于生活在现代的我们。11 年前的 2011 年，知乎成立。那一年，中国的国内生产总值（GDP）首次超越日本，成为全球第二大经济体；载人航天工程三步走规划迈出第二步的重要阶段，我国第一个空间实验室平台天宫一号发射成功，神舟八号顺利与天宫一号完成对接。同一年，袁隆平百亩超级杂交水稻亩产破 900 千克。
2015 年，知乎年度十大问题中出现了你是什么时候感觉到中国强大了？这样的问题。也是在这一年，诺贝尔生理学或医学奖被授予了我国中医科学院首席科学家屠呦呦，因她通过发现青蒿素，从而开创疟疾治疗新方法。那一年，中国还成功获得了2022 年北京冬季奥运会的主办权。
11 年后的今天，中国的 GDP 已经达到了作为世界第一的美国 GDP 的 70%。载人航天工程三步走进入第三阶段：作为天宫号空间站落成的重要步骤，我们刚刚发射天舟四号，成功对接空间站天和核心舱；神舟十三号载人飞船上的 3名航天员顺利返回地球，以 182 天的总任务时长刷新了中国载人航天飞行任务的纪录。国产大飞机 C919 也传来喜讯，即将交付首家用户的首架飞机首次飞行试验成功。
知乎成长的这十多年，与亿万用户一起见证了我国科学技术的高速发展。这些成就举世瞩目，也无一例外地频频登上知乎热榜，它们牵动着我们每个普通中国人的心弦。很多知乎答主都是各行各业的科技骨干，不少人亲身参与了这些成果的建设过程，更多的用户则为中国取得的每一次科技进步鼓掌加油长征五号的首飞成功、暗物质粒子探测卫星悟空号获得重大成果、嫦娥四号着陆月球背面，都曾成为知乎年度十大热门问题。
在 2021 年知乎举行的向科学要答案专题活动中，我通过视频回答了什么是科技自立？我们如何实现科技自立？这一问题，最后提出了这样一项倡议：为科学点赞同，让真正的科学知识获得传播；为科学家点赞同，让辛勤工作的科技工作者获得认可；为科学精神点赞同，向科学要答案，让每个人都能从中获得解答。在我国走向科技自立的道路上，知乎也在尽着绵薄之力。这是知乎的初心，也是知乎创立 11 年来一直努力并投入大量精力在推动的事业。你现在看到的这本知乎版《大国重器》就是其中的一部分。
知乎图书此次策划的《大国重器》，选取了我国 20112021 年中 50 项具有代表性的科技成果，较全面地反映了我国在基础科学、前沿科技、经济民生、健康保障四个方面所取得的重大成就。以前，我们用地大物博来形容自己，历史悠久、人口众多是我们对大国的定位；而现在，我们在综合国力上重新回到世界前列，大至宏观世界的天体运行、星系演化、宇宙起源，小至微观世界的基因编辑、粒子结构、量子调控，我国都走在当今世界科技发展的最前沿，这才是我们需要担负起的大国责任。
本书介绍了暗物质和引力波的观测等目前的研究热点，包括我国用于探测暗物质的四川锦屏地下实验室、悟空号暗物质粒子探测卫星，以及用于研究引力波的太极计划。在深空探测方面，天问一号奔赴火星，嫦娥五号带回月壤，本书重点讲述了我国载人航天工程的最新进展。科学研究离不开大科学装置，作为目前世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜 500 米口径球面射电望远镜（FAST）中国天眼，当然也少不了它的身影。本书还介绍了作为国际竞争热点的量子通信和量子计算，包括世界首颗量子通信科学实验卫星墨子号和目前性能最强的量子计算原型机九章二号。深入微观，探究生命的本质是另一个重要的科学前沿方向。对于基因编辑、基因测序、核磁共振仪器等反映科学最前沿的领域，本书也总结了我国科学家在这些方向上取得的最新科技成果。
除了上述科学研究及重大科学装置，本书还囊括了深刻改变人类工作与生活方式的科技应用，其中很多涉及卡脖子的技术突破关口。比如，大家都十分关心的超分辨光刻设备，它代表了我国在集成电路领域的发展水平；第四代核能的突破性进展，介绍了如何安全高效地利用核能源；先进制造领域的智能铸锻铣复合制造机床，引领国际复杂工艺的绿色制造；深海探测、地球探测的新手段，帮助能源开发利用和空间科学的发展；以及在此次抗击新冠病毒疫情中，我们如何通过科学助力抗疫，等等。可以说，本书可以满足读者对于我国前沿科技全方位的了解。
本书得以完成依靠的是众多一线科研工作者严谨的写作和无私的分享，他们以问答的形式介绍了每项重器的研制目的和过程。读者可以从字里行间感受到他们对于参与我国科技自主创新的自豪感，以及对未来吸引更多优秀人才投入这场艰苦而光荣的事业的殷切期盼。我们有幸邀请到张衡一号卫星首席科学家申旭辉、JF-22 超高速风洞项目负责人姜宗林、港珠澳大桥总设计师孟凡超、智能铸锻铣绿色复合制造机床首席科学家张海鸥等，撰文科普他们带领团队一手研制的重器，还有多位参与锦屏地下实验室 PandaX 暗物质实验、悟空号数据分析、高海拔宇宙线观测站（LHAASO）实验数据物理分析的科学家讲述这些与他们朝夕相伴的重器背后的原理。你还会读到现任FAST 总工程师姜鹏研究员写的科学家故事《我与老南》，了解他与FAST之父南仁东老师之间不为人知的师徒情。
此外，本书通过绘制大量插图，帮助读者在理解制造重器的科学价值的同时，更好地欣赏重器之美；通过特别设计的大事记栏目，记录下科学家研制重器过程中取得的重要里程碑。
本书的出版是知乎对我们能为实现科技自立做些什么？这一问题做出的回答，如果能够吸引手捧本书的读者对大国重器有一个初步认识，启发年轻读者爱上科学，并以投身科学研究为理想，我们的努力就没有白费。在今后，知乎还会以图书出版的形式面向普通读者推出更多的科普作品，下一本我们可能想要试着回答，为什么本书选取的50 项重大项目可以称为重器，它们在世界科技竞争格局中的地位究竟是什么？期待更多的读者来知乎提出问题，也希望每个人可以在国家科技自主创新的进程中用实际行动向时代交出自己的答卷。
周源
知乎创始人，首席执行官

知乎，中文互联网高质量的问答社区和创作者聚集的原创内容平台，凭借认真、专业、友善的社区氛围，独特的产品机制以及结构化和易获得的优质内容，汇聚了中文互联网各领域里极具创造力的人群，其中的主力群体是科普领域的专业用户。
无论是在生命健康、人工智能、航天航空等硬核科普领域，还是在心理学、食品科学、博物学等与生活息息相关的领域，这些用户生产和分享的高质量知识、经验和见解，都让更多的人在获得答案的同时，不断发现更大的世界。在这里，我们得以保有对未知世界的好奇心，共同感受科技带给我们的无穷魅力。

序 我们能为实现国家科技自主做些什么？ / I
基础科学篇
01. 测量中国温度：极低温区基准级测温装置 / 002
02. 新一代人造太阳：全超导托卡马克核聚变实验装置 / 008
03. 超级显微镜：中国散裂中子源 / 016
04. 探测微观世界的眼睛：高能同步辐射光源 / 024
科学家故事：我国同步辐射光源的建设历程 / 030
05. 突破水窗：上海软 X 射线自由电子激光装置/ 032
06. 照亮微观世界的闪光灯：大连极紫外相干光源/ 040
07. 火眼金睛的暗物质粒子探测卫星：悟空号 / 046
08. 开启超高能伽马天文学时代：高海拔宇宙线观测站 / 054
09. 世界上最深的实验室：锦屏地下实验室 / 060
10. 遨游太空，探索极端宇宙：慧眼卫星 / 066
11. 迈出中国空间引力波探测的第一步：太极一号卫星 / 072
12. 观测宇宙的超级利器：中国天眼 / 078
科学家故事：我与老南 / 086
13. 预报地球系统的未来：地球系统数值模拟装置 / 090
14. 空间环境的全面监测：子午工程 / 100

前沿科技篇
15. 中国量子计算机的再次突破：九章二号和祖冲之二号 / 108
16. 祖国的高光时刻：墨子号量子卫星 / 114
17. 突破衍射极限：超分辨光刻装备 / 122
18. 中国芯片设计能力的提升：天机芯类脑芯片 / 128
19. 从航天大国到航天强国的升级之路：长征五号系列运载火箭 / 136
20. 五星红旗点亮星空：中国空间站 / 142
科学家故事：空间站总设计师是怎样炼成的 / 149
21. 收官探月三步走：嫦娥五号探测器 / 152
22. 火星首次留下中国印记 ：天问一号与祝融号 / 160
23. 勇往直潜：蛟龙号载人潜水器 / 168
24. 深潜地球第四极：奋斗者号全海深载人潜水器 / 174
25. 国际首创先进制造装备：智能铸锻铣短流程绿色复合制造机床 / 182
26. 推动天空开发和宇宙探索：JF-22超高速风洞 / 188
科学家故事：中国风洞的传承与发展 / 196
27. 减排大赛里的码表：全球二氧化碳监测科学实验卫星 / 198
28. 中国首颗地球物理场探测卫星：张衡一号 / 206
29. 先进的对地观测遥感卫星：高分五号 / 214
经济助力篇
30. 中国人自己的卫星导航系统：北斗 / 222
31. 中国大飞机：C919 / 230
32. 国产大型特种用途水陆两栖飞机：鲲龙AG600 / 238
33. 全球首座 10 万吨级深水半潜式生产储油平台：深海一号 / 246
34. 助力我国可燃冰试采：蓝鲸 1 号半潜式钻井平台 / 252
35. 创造世界纪录的海底钻机系统：海牛Ⅱ号 / 258
36. 创造 18 个世界第一：金沙江白鹤滩水电站 / 264
37. 地下蛟龙中国造，盾构机强国终炼成：运河号 / 272
38. 新世界七大奇迹之一：港珠澳大桥 / 278
39. 攀登冻土公路工程的珠穆朗玛峰：共玉高速公路 / 284
40.魔鬼码头开港，世界第一大港震惊全球：上海洋山深水港 / 290
41. 中国核电成为 大国名片的标志：华龙一号 / 296
42. 全球最大的非能动压水堆核电机组：国和一号 / 302
43. 下一代核电之星：高温气冷堆 / 308
科学家故事：第四代核电技术开发的灵魂人物 / 314
44. 神奇的纳米限域催化：煤经合成气直接制高值化学品 / 326
健康保障篇
45. 科学抗疫：我国自主研发的新冠病毒疫苗和特效药 / 318
46. 血液里的黄金救命药：重组人血清白蛋白 / 332
47. 实现水稻种植 60 天收获：无人植物工厂水稻育种加速器 / 338
48. 筑造世界医疗强国的基础：基因测序仪 / 344
49. 基因编辑的精准剪刀：新型基因编辑工具 CRISPR-Cas12b / 350
50. 神奇的全能影像诊断设备：一体化全身正电子发射磁共振成像设备 / 358

作者简介及对应文章列表…………366