重大科学问题和工程技术难题

2020年的十个前沿科学问题为^[7][8]：

十个工程技术难题为：

2021年的十个前沿科学问题为：

1. 如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术？
2. 纳米尺度下高效催化反应的作用机制是什么？
3. 农作物基因到表型的环境调控网络是什么？
4. 中微子质量和宇宙物质-反物质不对称的起源是什么？
5. 地球以外有统一的时间规则吗？
6. 大脑中的记忆是如何产生和重现的？
7. 以新能源为主体的新型电力系统路径优化和稳定机理是什么？
8. 铝合金超低温变形双增效应的物理机制是什么？
9. 如何揭示板块运动动力机制?
10. “亚洲水塔”失衡失稳对青藏高原河流水系的影响如何？

2021年的十个工程技术难题为：

1. 如何高效利用农业微生物种质资源？
2. 如何解决三维半导体芯片中纳米结构测量难题？
3. 如何开发比能量倍增的全固态二次电池？
4. 如何发展中国自主超高分辨率立体测图卫星关键技术？
5. 如何利用人工智能实现医疗影像多病种识别并进行辅助诊疗？
6. 如何突破深远海航行装备制造与安全保障工程技术难点？
7. 如何创建5G+三早全周期健康管理系统？
8. 如何通过重要生态系统修复工程构建精准高效的生态保护网络和恢复生物多样性？
9. 如何构建中国生态系统碳汇扩增的技术体系？
10. 如何制造桌面级的微小型反应堆电池？

2021年的十个产业技术问题为：

1. 如何实现面向大规模集成光芯片的精准光子集成？
2. 如何开发针对老龄化疾病的医用人工植入材料？
3. 如何开发融合软体机器人与智能影控集成技术的腔道手术机器人（英语：Robotic surgery）产品？
4. 如何开发大规模低能耗液氢技术和长距离绿氢储运技术？
5. 如何解决中国航空发动机短舱关键技术问题？
6. 如何突破耕地重金属的靶向快速经济安全减污技术？
7. 如何利用风光水（風力、太陽能、水力）加快实现“碳中和”目标？
8. 如何攻克漂浮式海上风电关键技术研发与工程示范难题?
9. 如何制备高洁净高均质超细晶高端轴承钢材料？
10. 如何发展与5G/6G融合的卫星互联网络通信技术？

10个前沿科学问题为：

1. 如何早期诊断无症状期阿尔茨海默病？
2. 如何实现可信可靠可解释人工智能技术路线和方案？
3. 如何实现原子尺度精准制备和结构调控构建未来信息功能器件？
4. 新污染物治理面临何种问题和挑战？
5. 如何实现自动、智能、精准的化学合成？
6. 如何整合多组学对生物的复杂性状进行研究？
7. 能否实现材料表面原子尺度可控去除？
8. 如何全方位精准评价城市综合交通系统及基础设施韧性？
9. 宇宙中的黑洞是如何形成和演化的？
10. 制约海水提铀的关键科学问题是什么？

10个工程技术难题为：

1. 如何突破我国深远海养殖设施的关键技术？
2. 如何实现我国煤矿超大量三废（固、液、气）低成本地质封存及生态环境协同发展？
3. 如何创建心源性休克的综合救治体系？
4. 如何实现全固态锂金属电池的工程化应用？
5. 如何实现高精密复杂硬曲面随形电路？
6. 如何突破高原极复杂地质超长深埋隧道安全建造与性能保持技术难题？
7. 如何解决高温跨介质的热/力/化学耦合建模与表征难题？
8. 如何从低品位含氦天然气中提取氦气？
9. 如何利用遥感科技对地球健康开展有效诊断、识别与评估？
10. 如何实现极大口径星载天线在轨展开、组装及建造？

10个产业技术问题为：

1. 如何建立细胞和基因疗法的临床转化治疗体系？
2. 如何实现存算一体芯片工程化和产业化？
3. 碳中和背景下如何实现火电行业的低碳发展？
4. 如何通过标准化设计，自动化生产，机器人施工和装配式建造系统性解决建筑工业化和高能耗问题？
5. 如何发展自主可控的工业设计软件？
6. 如何利用多源数据实现农作物病虫害精准预报？
7. 如何采用非石油原料高效、安全地合成己二腈？
8. 小麦茎基腐病近年为什么会在我国小麦主产区暴发成灾，如何进行科学有效地防控？
9. 如何研制大型可变速抽水蓄能机组？
10. 如何突破满足高端应用领域需求的高品质对位芳纶国产化卡脖子技术？

10个前沿科学问题：

1. 如何实现低能耗人工智能？
2. 如何实现飞行器在上层大气层机动飞行？
3. 利用新型符合测量方式能否搜寻磁单极子和轴子暗物质的存在？
4. 非线性效应会随尺度变化吗？
5. 影响高性能纤维发展的基础科学问题是什么？
6. 全球气候变化背景下作物如何适应土壤环境？
7. 现代陆地生态系统是如何起源的？
8. 生殖衰老的触发及延迟机制是什么？
9. 如何实现可控核聚变的稳态燃烧？
10. 如何探明更高速度轮轨系统耦合机理及能量场分布特征？

9个工程技术难题：

1. 如何实现在原子、电子本征尺度上的微观动力学实时、实空间成像？
2. 如何解决稀土基体中痕量杂质的高效分离难题，突破高纯稀土材料工程化制备技术及装备？
3. 适用于新型电力系统的长周期储能方式是什么？
4. 如何实现大田作物绿色优质丰产无人化栽培技术？
5. 如何突破多灾种驱动作用下艰险山区国家重大铁路超高宽幅站场路基长期风险评估与性能保持技术难题？
6. 如何突破新能源废料清洁高值化利用？
7. 如何突破低铂、低成本车用燃料电池电堆关键技术？
8. 如何实现核动力载人火星探测的快速往返？
9. 如何将脑机接口技术应用到临床医疗中？

10个产业技术问题：

1. 如何突破碳纤维复合材料在我国未来超高速轨道交通车辆装备的应用？
2. 如何发挥我国信息通信产业优势，快速实现芯粒（Chiplet）技术和产业突破？
3. 石油基炭材料高端化技术如何发展？
4. 如何通过柔性薄膜技术实现星载轻质可展开阵列天线？
5. 如何实现生殖干细胞精准移植技术在养殖鱼类单性种质创制中的广泛应用？
6. 梯级水库群如何实现汛限水位联合优化调控？
7. 如何高值利用有机污染化工废盐，推动化工产业高质量发展？
8. 如何在沙漠戈壁荒漠地区构建千万千瓦级新能源基地并实现安全稳定送出？
9. 如何发展面向高性能和低成本产业升级的自主可控SoC芯片？
10. 如何实现冲击地压煤层智能安全高效开采？