改革開放40年，中國科學院科研人員做出了哪些大成果
來源：科學大院
習近平總書記在慶祝改革開放40周年大會上發表了重要講話，全面總結了我國改革開放的偉大成就，指出40年來「科技創新和重大工程捷報頻傳」。40年來，中國科學院恪守國家戰略科技力量的定位，堅持面向世界科技前沿，面向國家重大需求，面向國民經濟主戰場，積極部署和組織開展科學技術創新活動，積極建議和承擔國家重大科技任務，取得一系列重大科技成果，為我國科技進步、經濟社會發展和保障國家安全作出了重大創新貢獻。
在系統梳理改革開放40年來中科院廣大科研人員取得的眾多重大科技成果基礎上，以「三個面向」為線索，綜合凝練歸納出40項具有代表性的標誌性重大科技成果。40項標誌性重大科技成果經院學術委員會委員審核把關，通過網路向院屬單位和社會進行了公示，已收錄於《改革開放先鋒 創新發展引擎——中國科學院改革開放四十年》一書，現予以公布。
一、面向世界科技前沿（15項）
1、高溫超導體研究
超導電性是荷蘭科學家卡莫林·昂納斯（H。 Kamerlingh Onnes）在1911年發現的。指某些材料在其臨界溫度以下表現出電阻為零和完全抗磁性的現象，相應的材料稱為超導體。臨界溫度高於傳統理論認為的「麥克米蘭極限」（40K）的超導體被稱為高溫超導體。探索和發現新型高溫超導體特別是液氮溫區以上的超導體並研究其物理機制是各國科學家們長期追求的目標。
1987年，物理所在銅氧化物超導體的研究中作出了重大貢獻，獨立發現了液氮溫區銅氧化物超導體，並首次在國際上公布其元素組成為Ba–Y–Cu–O。獲1989年度國家自然科學獎一等獎。
2008年，中國科大和物理所在鐵基超導體研究方面先後在國際上首次突破了麥克米蘭極限溫度，分別發現43K的SmFeAsO1-xFx超導體、41K的CeFeAsO1-xFx超導體和系列50K以上的REFeAsO1-xFx及REFeAsO1-x（RE=稀土元素）超導體，並創造55K的超導體臨界溫度紀錄。確定鐵基超導體為新一類高溫超導體，並在物理性質研究方面取得重要成果，具有潛在應用價值。獲2013年度國家自然科學獎一等獎。
中科院在國際上僅有的兩次高溫超導研究重大突破中，都作出了先驅性和開創性貢獻，在該領域多個方面發揮了引領作用，持續推動國際高溫超導研究發展。
2、拓撲物態領域系列研究
物理所在拓撲物態領域取得一系列國際領先的研究成果。2009年，理論發現Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3族三維拓撲絕緣體，並獲實驗驗證，成為最為廣泛研究的拓撲絕緣體材料體系。2010年，理論提出Cr或Fe磁性離子摻雜的Bi2Te3等拓撲絕緣體薄膜是實現量子反常霍爾效應的最佳體系，獲2011年度中國科學院傑出科技成就獎。2013年，與清華大學合作在世界上首次實驗觀測到「量子反常霍爾效應」，驗證了理論方案。2012—2014年，理論預言並實驗發現了兩個狄拉克半金屬Na3Bi和Cd3As2，將凝聚態中電子態的拓撲分類從絕緣體推廣到了半金屬，發現了新物態——拓撲半金屬態。
2015年，理論預言TaAs家族材料是外爾半金屬，並首次實驗證實了其中手性電子態——外爾費米子的存在。該研究被英國物理學會《物理世界》評為「2015年十大突破」，被美國物理學會《物理》評為「2015年八大亮點工作」。2018年1月，入選美國物理學會《物理評論》系列期刊誕生125周年紀念論文集，是收錄的49項重要科學成就中唯一來自中國本土的工作。
2017年，理論預言並首次實驗發現了三重簡併點半金屬WC家族材料，發現其中的三重簡併費米子型准粒子激發，為在凝聚態物質中探索非常規費米子激發提供了新思路、新方法。
2018年，首次在鐵基超導體鐵碲硒材料中發現了拓撲超導表面態，並在該材料中發現了零能的馬約拉納束縛態，對構建穩定的、高容錯、可拓展的未來量子計算機的應用具有重要意義。
3、粒子物理與核物理研究
中科院依託相關國家重大科技基礎設施並牽頭重大國際合作，在強子物理、核物理、中微子物理、高能量前沿等方面取得一系列具有國際影響力的科學成果。
1990年以來，高能所依託北京正負電子對撞機（BEPC）、北京譜儀（BES）實驗精確測量了τ輕子質量及R值，發現了X（1835）新粒子。2013年，北京譜儀Ⅲ實驗發現了「四夸克物質」 Zc（3900），是對傳統夸克模型中物質只含2個或3個夸克的重大突破，在美國物理學會《物理》評出的當年度物理學領域11項重要成果中位列榜首。
1992年，利用蘭州重離子研究裝置，上海原子核所（現「上海應物所」）獲得了新核素鉑-202，這是中國科學家首次合成的新核素。20世紀90年代以來，近代物理所合成了34種新核素，首次高精度測定一批短壽命原子核質量，建成國際核質量數據評估中心。這些新核素的產生是中國科學家在遠離穩定線核的合成和研究中取得的重大成果。
2011年，上海應物所在參加RHIC-STAR核物理國際合作研究中，與美國科學家合作，為首次發現迄今最重的反物質粒子——反氦核，發揮了關鍵作用。
2012年，由高能所牽頭的國際合作研究團隊在大亞灣反應堆中微子實驗發現了中微子振蕩新模式，精確測得中微子混合角θ13值，標誌著我國中微子實驗研究從無到有步入世界前列。該成果入選美國《科學》 2012年十大科學突破，獲2013年度中國科學院傑出科技成就獎、2016年度國家自然科學獎一等獎、2016年度國際基礎物理學突破獎。
由高能所牽頭的中國研究團隊在2012年歐洲核子中心大型強子對撞機國際合作實驗中，為發現希格斯粒子及其性質研究作出了直接貢獻。
4、有機分子簇集和自由基化學研究
物理有機化學是有機化學的理論基礎，主要涉及結構、介質和化學特性、物理特性之間的關係。上海有機所經過近20年努力，圍繞物理有機化學前沿領域兩個重要方面——有機分子簇集和自由基化學，進行了深入系統的研究。獲2002年度國家自然科學獎一等獎，填補了該獎項此前連續4年的空缺。
有機分子簇集和自卷研究成果，對在分子水平上理解某些生命現象及設計治療動脈粥樣硬化疾病的藥物具有重要理論啟示。自由基化學研究建立了當時國際上最完整、最可靠的反映取代基自旋離域能力的參數，被國際同行認為是里程碑式的工作。這兩個方面涉及有機化合物的結構效應和介質效應，是物理有機化學研究的核心內容之一。
5、納米科技創新
在納米表徵領域，1988年，化學所研製出我國第一台集計算機控制、數據分析和圖像處理系統於一體的掃描隧道顯微鏡（STM）和我國第一台原子力顯微鏡（AFM），奠定了我國納米科技研究的物質基礎。2001年，中國科大在國際上首次利用低溫STM獲得能夠分辨碳-碳單鍵和雙鍵的C60單分子圖像，並於2013年在國際上首次實現了亞納米分辨的單分子光學拉曼成像，獲2014年度中國科學院傑出科技成就獎。2013年，國家納米中心利用AFM技術在國際上首次實現了對分子間氫鍵的直接成像，為化學界爭論了80多年的「氫鍵本質」問題提供了第一個直觀證據。
在納米材料與器件領域，物理所、金屬所等單位在碳納米管的製備、納米結構及其物性調控、表面納米化等方面，20多年來產出了一批國際引領性成果，促進了該領域的研究和發展。2017年，上海微系統所聯合相關企業設計出低功耗、長壽命、高穩定性的鈧-銻-碲（Sc-Sb-Te）新型高速相變材料，對於我國突破國外技術壁壘、自主開發存儲器晶元具有重要意義。化學所基於長期基礎研究，發展了納米綠色印刷的完整產業鏈技術，並於2016年建成世界首條免砂目納米綠色印刷版材示範線。
在納米催化領域，2011年，大連化物所在國際上首次製備出Pt/FeOx單原子催化劑，並提出了單原子催化新概念，入選美國化學會2016年度十大科研成果。2014年，基於納米限域催化新概念，首創甲烷無氧制烯烴和芳烴催化過程，實現一步高效轉化，獲2015年度中國科學院傑出科技成就獎。
6、人工合成生物學研究
繼1965年我國在國際上首次人工合成牛胰島素（獲1982年度國家自然科學獎一等獎）之後，1981年11月，由上海生化所、上海細胞所、上海有機所、生物物理所和院外相關單位組成的聯合攻關團隊，歷時13年，在國際上首次人工合成了包含76個核苷酸的酵母丙氨酸轉移核糖核酸完整分子。該成果獲1987年度國家自然科學獎一等獎，對揭示生命起源和核酸在生物體內的作用意義重大，為進一步了解遺傳和其他生命現象、研製和應用多種核酸類藥物奠定了理論基礎，標誌著我國在該領域進入世界先進行列。
2018年8月，分子植物科學卓越創新中心採用合成生物學「工程化」方法和高效使能技術，以單細胞真核生物釀酒酵母（天然含有16條線型染色體）為研究材料，在國際上首次人工創造出僅含單條染色體的真核細胞。這是繼人工合成牛胰島素和酵母丙氨酸轉移核糖核酸之後，我國科學家再一次利用合成科學策略回答了生命科學領域的重大基礎問題，將加深人類對生命本質的認識。
7、非人靈長類模型與腦連接圖譜研究
腦科學與智能技術卓越創新中心在非人靈長類模型與腦連接圖譜研究方面取得一系列重要原創成果。2017年年底在國際上率先攻克非人靈長類動物體細胞核克隆這一世界性難題，11月27日世界上首個體細胞克隆猴「中中」誕生，12月5日第二個克隆猴「華華」誕生。這是繼1997年英國克隆羊「多莉」後克隆生物技術領域的又一重大突破，將有力促進生命科學基礎研究和轉化醫學研究，為探究眾多複雜疾病機理、建立有效診治和干預手段及新葯創製帶來光明前景。
2016年，該卓越創新中心在世界上首次建立了攜帶人類自閉症基因的非人靈長類動物模型——食蟹猴模型，構建了非人靈長類自閉症行為學分析範式，為觀察自閉症的神經科學機理研究提供了一扇重要窗口，為深入研究自閉症的病理與探索可能的治療干預方法奠定了重要基礎。
2016年，該卓越創新中心成功繪製了更精確的人腦功能分區圖譜，即人類腦網路組圖譜，突破100多年來傳統腦圖譜繪製的瓶頸，提出了「利用腦連接信息繪製腦圖譜」的思想，第一次建立了宏觀尺度上的活體全腦連接圖譜，為實現腦科學和腦疾病研究的源頭創新提供了重要基礎。
8、基因組研究
1999年7月，由遺傳發育所牽頭，我國參與了國際人類基因組計劃，成為繼美國、英國、法國、德國、日本之後的第6個參與國，也是唯一的發展中國家。2000年4月，我國提前完成了國際人類基因組計劃1%基因組序列工作框架圖，測定了第3號染色體短臂上3 000萬個鹼基序列，繪製了達到99.99%覆蓋率的完成圖，為我國生物資源基因組研究及參與國際生物產業競爭奠定了基礎。
2000年，遺傳發育所合作參加中國超級雜交水稻基因組計劃。2001年10月，率先完成水稻（秈稻）基因工作框架圖的繪製，並免費公布資料庫。2002年12月，完成全球第一張農作物的全基因組精細圖——秈稻基因組序列精細圖的繪製，並研製成功世界第一個覆蓋水稻全基因組的基因晶元，為保持我國在雜交水稻育種領域的國際領先地位奠定了基礎。獲2003年度中國科學院傑出科技成就獎。
2014年，動物所成功破譯了飛蝗的全基因組序列圖譜，這是迄今人類破譯的最大動物基因組，揭示了飛蝗聚群行為調控以及表型可塑性遺傳、表觀遺傳調控機制；同時圍繞種群暴發成災機制等難題，取得系列突破性進展。獲2017年度中國科學院傑出科技成就獎。
9、《中國植物志》編研及生物多樣性
研究
2004年，中國高等植物資源的百科全書——《中國植物志》全部完成出版。該書由中科院（植物所、華南植物園、昆明植物所等）牽頭，歷經我國四代植物分類學家41年（1918—1959年）準備、45年（1959— 2004年）編研，全國80餘家單位的312位作者和164位繪圖人員通力協作完成。全書80卷126冊，共5 000多萬字，記載了中國維管束植物3 0 1科、3 4 0 8屬、31 142種，包括9 080幅圖版，是世界上已出版的規模最大、內容最豐富的植物志書。獲2009年度國家自然科學獎一等獎。
《中國植物志》是植物學領域一項開拓性、創新性、系統性、基礎性工程，是半個世紀以來中國植物學研究的標誌性成果，具有重大學術價值，促進了我國植物學和生物學相關學科的發展，為陸地生態系統研究和植物資源開發利用提供了重要科學依據，對中國和全球生物多樣性的可持續發展作出了重大貢獻，併產生了深遠影響。
此前，植物所牽頭編寫的《中國高等植物圖鑑》和《中國高等植物科屬檢索表》，獲1987年度國家自然科學獎一等獎；該所關於中國蕨類植物科屬的系統排列和歷史來源的研究成果，獲1993年度國家自然科學獎一等獎。
在生物多樣性調查、收集保藏和保護利用方面，中科院通過戰略生物資源網路建設，完成了植物園體系、標本館體系、生物遺傳資源庫以及生物多樣性監測及研究網路等基礎資源平台建設，建立了較完整的種質資源資料庫和信息共享管理系統。昆明植物所牽頭於2009年建成了中國西南野生生物種質資源庫，收集稀有瀕危種、特有種、有重要經濟價值及科學價值的野生植物種子近8萬份，種質資源保藏能力達到國際領先水平。發起中國植物園聯盟，實施「本土植物全覆蓋計劃」，對我國生物多樣性保護起到重要支撐。中科院戰略生物資源網路建設及在此基礎上開展的科學研究，對促進我國生物多樣性保護、生物技術產業發展和應對國際生物資源競爭具有重要戰略意義。
10、古生物研究
南京古生物所於1984年發現了澄江動物化石群，之後進行了長達17年、多達3萬餘塊化石的大規模採集和綜合研究，取得了一系列舉世矚目的成果，第一次生動再現了5.3億年前海洋動物世界的面貌，為揭示「寒武紀大爆發」奧秘提供了科學依據。該成果被譽為「20世紀最驚人的科學發現之一」，獲2003年度國家自然科學獎一等獎。
「金釘子」是全球年代地層劃分對比的國際標準。截至2018年7月，在全球確定的60多個「金釘子」中，我國有11個，居全球之首，其中7個（長興階、排碧階、吳家坪階、赫南特階、古丈階、江山階、烏溜階）由南京古生物所完成。
古脊椎所基於多年持續的大規模野外調查和發掘，開展遼西熱河脊椎動物群研究，取得了一系列重大發現和原創成果，豐富了人類對早白堊世陸地生態系統的認識，在脊椎動物許多類群的起源和系統演化研究方面具有重大意義。獲2003年度中國科學院傑出科技成就獎，入選《時代周刊》 2007年度世界十大科技發現、《科學》 2014年度十大科學突破。
古脊椎所通過對8萬—12萬年前東亞地區最早的現代人化石的發現和研究，否認了現代人「非洲起源說」的部分觀點，提出了現代人在東亞出現與擴散的新假說，為研究東亞人類演化規律提供了重要化石證據，將中國古人類演化研究推進到國際前沿水平。相關成果入選《自然》 2014年度十大科學事件。
11、第四紀環境研究
第四紀環境領域是近年來全球變化研究的熱點。地質地球所、地球環境所、寒旱所等單位，以黃土、冰川為古環境研究的重要載體，在第四紀地質學與環境研究中取得了一系列重要成果，為認識全球環境演變規律、理解現今環境變化原因、評估未來環境發展趨勢提供了科學依據，處於國際地球科學前沿。
在第四紀黃土環境研究方面，中科院提出「新風成學說」，該學說基於中國黃土重建了250萬年以來的氣候變化歷史，推動了地球環境科學發展，對黃土高原水土保持、植被重建、沙地治理等具有重要實踐意義，為國家黃土高原綜合治理提供了決策支撐。「黃土高原綜合治理定位試驗研究」獲1993年度國家科學技術進步獎一等獎。
在第四紀冰川研究方面，中科院查清了我國第四紀冰川分布及特徵，編繪了我國第四紀冰川分布圖，突破了傳統第四紀四次冰期學說，發展了國際第四紀冰川與環境變化研究科學理論，對未來水資源變化和環境演變及可持續發展具有重要意義。
12、東亞大氣環流研究
大氣環流研究是揭示大氣運動規律、探索全球氣候變化、進行氣候預測和天氣預報的重要途徑。大氣所、地球物理所對東亞大氣環流運動規律進行了系統深入研究，原創性提出了氣候突變概念，發現東亞和北美環流在過渡季節有急劇變化的現象，研究發現並證明了阻塞高壓在持續異常天氣預報中的重要性，揭示了東亞大氣環流對中國氣候的影響機理。獲1987年度國家自然科學獎一等獎。
東亞大氣環流研究為我國20世紀80年代建立數值天氣預報模式奠定了理論基礎。1980年，大氣所與中央氣象台等合作成立了「聯合數值預報室」，將系列成果發展成為我國氣象業務的主要模式；1982年，中央氣象台按此模式首次作出72小時數值天氣預報。
13、數學機械化方法與辛幾何演算法
20世紀70—80年代，系統所發展了中國傳統數學的演算法化思想，提出了用計算機證明幾何定理的高效代數方法——「吳方法」，開創了數學機械化這一新興交叉學科方向。這是目前符號求解代數與微分代數方程組最完整的方法之一，已應用於解決機器人運動學、智能CAD、視覺定位、數控最優插補、密碼分析、物理規律自動發現、天體運行中心構形等數學交叉科學問題，標誌著我國在自動推理研究領域達到國際領先水平。
哈密爾頓系統是表達一切守恆物理過程的數學形式，辛幾何是哈密爾頓系統的數學基礎。1984年，計算數學所提出了基於辛幾何的哈密爾頓系統的計算方法，開創了這一計算物理、計算力學與計算數學相互交叉、滲透的新興前沿領域，通過系統研究取得了一批奠基性原創成果，在國際上產生了重大影響，獲1997年度國家自然科學獎一等獎。該演算法已成為常微分方程和動力系統數值計算的主流研究方向，帶來了科學和工程領域計算的革新，廣泛應用於天體軌道演化、高能加速器設計、分子動力學模擬、數值天氣預報、石油和天然氣勘探、等離子體約束、計算量子化學等。
14、系列大型天文觀測設施
大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST，又稱「郭守敬望遠鏡」）坐落於國家天文台興隆觀測站，是大口徑兼大視場的光學望遠鏡，其光譜獲取率為世界最高。1997年立項，2001年開工建設，2009年通過驗收，2011年10月開始光譜巡天。截至2018年6月，LAMOST對外發布1 000萬餘條天體光譜，成為世界上天區覆蓋最完備、巡天體積和採樣密度最大、統計一致性最好、樣本數量最多的天文資料庫。2018年8月發現目前已知鋰元素丰度最高（約為同類天體的3 000倍）的奇特天體。國內外天文學家利用LAMOST數據在銀河系的形成和演化、多波段天體交叉認證和星系物理等方面均取得了突破性進展。
500米口徑球面射電望遠鏡（FAST，又稱「中國天眼」）是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。FAST利用貴州天然喀斯特窪地作為望遠鏡台址，由國家天文台牽頭，2007年立項，2011年開工建設；2016年9月落成啟用，入選《自然》當年度全球重大科學事件，獲2017年度中國科學院傑出科技成就獎。截至2018年8月底，FAST已證實發現脈衝星44顆，其中首次發現的毫秒脈衝星於2018年4月得到國際認證，開啟了中國射電望遠鏡系統發現脈衝星的新時代。
此外，由北京天文台牽頭建設的太陽磁場望遠鏡、陝西天文台建設的長波授時台系統，同時獲1988年度國家科學技術進步獎一等獎；由上海天文台牽頭建設的1.56米天體測量望遠鏡，獲1992年度國家科學技術進步獎一等獎；由中科院南京天文儀器研製中心牽頭建設的2.16米天文光學望遠鏡，獲1998年度國家科學技術進步獎一等獎；由上海天文台牽頭建設的65米射電望遠鏡（又稱「天馬望遠鏡」）在我國探月工程及深空探測中發揮了重要作用。
一系列大型天文觀測設施的建設運行，為我國乃至世界科學家探索宇宙奧秘提供了高水平觀測手段和研究平台，提高了我國天文學的國際地位，對我國基礎前沿科學研究、戰略高技術發展和國際科技合作具有重要意義。
15、以北京正負電子對撞機為代表的大型加速器類裝置
北京正負電子對撞機是我國改革開放以來建成的第一台國家重大科技基礎設施。該裝置由高能所牽頭建設，1983年4月立項，1984年10月開工，1988年10月建成，1990年10月投入運行，被《人民日報》稱為「我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛星上天之後，在高科技領域又一重大突破性成就」，使我國在國際高能物理研究領域搶佔一席之地。工程建設獲1990年度國家科學技術進步獎特等獎。北京正負電子對撞機重大改造工程（BEPCⅡ）於2004年開工，2009年5月通過驗收，獲2011年度中國科學院傑出科技成就獎、2016年度國家科學技術進步獎一等獎。
上海光源（SSRF）由上海應物所牽頭建設，1998年3月立項，2004年12月開工，2010年1月通過驗收。這是國際上性能指標領先的第三代同步輻射光源之一，也是我國已建成的規模最大的大科學裝置。獲2011年度中國科學院傑出科技成就獎、2013年度國家科學技術進步獎一等獎。
蘭州重離子加速器（HIRFL）由近代物理所牽頭建設，1976年11月立項，1979年12月開工，1989年11月通過驗收，是亞洲能量精度最高的中高能重離子加速器，獲1992年度國家科學技術進步獎一等獎。在蘭州重離子加速器上擴建多用途的冷卻儲存環（CSR）工程於1997年6月立項，2000年4月開工，2008年7月通過驗收，獲2009年度中國科學院傑出科技成就獎。
合肥同步輻射光源（HLS）由中國科大牽頭建設，1983年4月立項，1984年11月開工，1991年12月通過驗收，是我國第一台以真空紫外和軟X射線為主的專用同步輻射光源，獲1995年度國家科學技術進步獎一等獎。二期工程於1997年4月立項，1999年5月開工，2004年12月通過驗收。
中國散裂中子源（CSNS）由高能所牽頭建設，2008年9月立項，2011年10月開工，2018年8月通過驗收，是國內首台、世界第四台脈衝型散裂中子源，技術指標和綜合性能進入國際同類裝置先進行列，使我國在強流質子加速器和中子散射領域實現了重大跨越。
一系列大型加速器類大科學裝置的建設運行，為我國物質科學、生命科學、材料科學、能源科學、環境和地球科學、地質考古學等眾多學科前沿基礎研究，以及微電子、微加工、石油化工、生物工程、醫藥和醫療診治等領域高新技術研發提供了先進實驗平台，支撐用戶取得一批國際領先成果，為提升中國的綜合科技實力作出了不可替代的重要貢獻，帶動和促進了相關產業發展。
二、面向國家重大需求（15項，不含專用領域）
16、載人航天與探月工程的科學與應用
中科院是中國載人航天與探月工程的發起者、組織者之一，是科學與應用目標的提出者和實施者，50餘家院屬單位承擔了大量重要工程任務和多項協作配套任務，突破了大批關鍵核心技術，為工程實施提供了強有力科技支撐。
在載人航天工程中，由空間應用中心（原「空間科學與應用總體部」）牽頭負責空間應用系統，在「神舟」系列飛船、「天宮一號」「天宮二號」「天舟一號」上共完成70餘項空間科學與應用任務、560項有效載荷研製任務。持續創新發展了可見光、紅外、高光譜成像和微波遙感技術，推動了我國空間對地觀測技術的跨越發展；開創了我國系列化的生命科學、微重力流體和材料科學、基礎物理、天文學等空間研究。2008年，首次實現了在軌二次釋放衛星和對非合作目標的遠距離逼近和精確繞飛。2016年，在「天宮二號」空間實驗室任務中，完成三大科學領域的14項科學實驗，其中空間冷原子鐘將目前人類在太空的時間計量精度提高1—2個數量級，是空間量子科技領域發展的一個重要里程碑。「中國載人航天工程」「航天員出艙」「交會對接」（均含空間應用系統）分獲2003年度、2009年度、2013年度國家科學技術進步獎特等獎、一等獎、特等獎。
在探月工程中，國家天文台等負責科學目標制定、地面應用系統、探測有效載荷、測控系統甚長基線干涉測量（VLBI）、工程配套載荷和關重件研製、科學數據研究等六大任務。2004年至今，圓滿完成「嫦娥一號」「嫦娥二號」「嫦娥三號」工程研製和科學探測任務，突破地月數傳鏈路、地月VLBI測定軌、有效載荷、科學探測數據處理方法等關鍵技術，取得了在國際上首次獲取全月面亮溫及其分布規律、發現「嫦娥三號」著陸區一種新的岩石類型並重構了月球雨海區地質演化歷史等一系列重大原創成果，為探月工程作出了突出貢獻。「繞月探測工程」「嫦娥二號工程」分別獲得2009年度、2012年度國家科學技術進步獎特等獎。
在載人航天與探月工程中，中科院攻克了一系列技術難關，取得了一大批具有重大科學與應用價值的成果，為推動我國空間科學和空間應用發展、保障國家空間安全和戰略利益作出了重要貢獻。
17、北斗衛星導航系統系列衛星研製
北斗衛星導航系統是中國航天史上規模最大、系統建設周期最長、技術難度最複雜的航天系統工程，是我國自主建設、獨立運行、與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統。中科院作為主要建設單位之一，微小衛星創新研究院、上海天文台、國家授時中心、武漢物數所和光電院等14個單位承擔了北斗二號、全球系統試驗衛星、北斗三號MEO全球組網衛星，引領我國先進衛星技術跨越發展，為北斗衛星導航系統全球組網作出了重要貢獻。
在全球系統試驗衛星任務中，中科院自主研製並成功發射了2顆新一代全球系統試驗衛星，其中2015年3月30日發射了首發星。該成果獲2017年度中國科學院傑出科技成就獎。
在北斗三號工程中，自主研製的4組8顆全球組網衛星分別於2018年1月12日、3月30日、8月25日和10月15日成功發射。星載原子鐘等關鍵單機及器部件實現了國產化應用，並在高精度導航、定位、授時服務等方面提供可靠保障。該工程建設標誌著北斗導航系統從區域走向全球，具有里程碑意義。
北斗衛星導航系統於2000年年底開始向中國及周邊地區提供服務，2012年年底向亞太大部分地區提供服務，計劃於2018年底服務「一帶一路」沿線國家和地區，2020年完成全球組網，在交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、大地測量、智能駕考、救災減災、手機導航、車載導航等諸多領域產生廣泛經濟社會效益，並為國家安全提供有力保障。
18、空間科學實驗系列衛星
自2011年開始，空間中心牽頭、院內外眾多單位協同參與實施中科院空間科學戰略性先導科技專項，通過自主和國際合作科學衛星計劃，在相關科學前沿領域實現一系列重大突破，並帶動相關高技術發展。
2015年12月17日，暗物質粒子探測衛星「悟空號」成功發射。這是迄今世界上觀測能段範圍最寬、能量解析度最優的空間探測器，已成功獲取國際上最高精度的電子宇宙射線能譜，並首次發現宇宙高能電子TeV拐點及其TeV以上的精細結構。
2016年4月6日，我國首顆微重力科學實驗衛星「實踐十號」成功發射，科學目標是研究揭示微重力和空間輻射條件下物質運動及生命活動規律，促進生命科學等基礎研究和地面生物工程、新材料等高技術發展。該衛星返回艙於4月18日成功返回，完成的19項科學實驗中15項為國際首次，取得一批重要研究成果。
2016年8月16日，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」成功發射，在國際上率先實現了千公里級星地雙向量子糾纏分發、星地高速量子密鑰分發、地星量子隱形傳態等三大科學目標，標誌著我國在量子通信領域躋身國際領先地位。
2017年6月15日，我國首顆硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」成功發射。該衛星是研究黑洞、中子星等緻密天體前沿問題的重大空間科學項目，在2017年10月16日美國國家科學基金會宣布的首次發現雙中子星併合產生引力波聯合觀測成果中發揮了不可或缺的作用。
此外，2016年12月22日，中科院還成功發射了我國首顆、世界第三顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星，該衛星可以每季度獲取全球大氣二氧化碳分布圖和全球植被葉綠素熒光分布圖，其獲得的衛星數據向全球開放共享。該衛星為溫室氣體排放、碳核查等領域研究提供基礎數據，為節能減排等宏觀決策提供數據支撐，增加我國在國際碳排放方面的話語權。
19、深海科考和載人深潛器技術
「蛟龍號」載人深潛器是我國首台自主設計、自主集成研製的作業型深海載人潛水器，也是目前全球下潛能力最深的作業型載人潛水器。聲學所、瀋陽自動化所分別完成了「蛟龍號」三大國際領先技術中的兩項攻關任務（聲學系統、控制系統），獲2013年度中國科學院傑出科技成就獎。「蛟龍號」於2012年6月27日創造了最大下潛7 062米的中國載人深潛紀錄，標誌著我國載人深潛技術躋身世界先進行列，其研發與應用獲2017年度國家科學技術進步獎一等獎。
2012年9月，海洋所建成「科學號」海洋科學綜合考察船，具有全球航行能力及全天候觀測能力，是我國綜合性能最先進的科考船。以此為核心，構建了國際一流的深遠海綜合探測體系，顯著提高我國深遠海探測與研究能力，獲2015年度中國科學院傑出科技成就獎。
2016年6—8月，深海所組織中科院深淵科考隊在馬里亞納海溝挑戰者深淵開展了我國首次綜合性萬米深淵科考活動，多型設備突破萬米深度，獲取大量萬米深淵生物和環境樣品，標誌著中國深淵科考挺進萬米時代。瀋陽自動化所自主研發了萬米級自主遙控水下機器人「海斗號」（2017年2月實現最大深度10 888米），成為繼日本、美國之後第三個具備研製萬米級無人潛水器能力的國家。
2017年，瀋陽自動化所自主研發的「海翼號」水下滑翔機3次突破水下滑翔機的世界下潛深度紀錄，最大下潛深度達6 329米，海上連續工作時間超過3個月，使我國成為繼美國之後第二個具有跨季度自主移動海洋觀測能力的國家。
聲學所、瀋陽自動化所和理化所參與研製、深海所牽頭負責海試的「深海勇士號」是我國第二台擁有自主知識產權的深海載人潛水器，水下工作深度達4 500米，國產化率高達95%。2017年8—10月在南海成功進行了載人深潛工程試驗。2018年3—6月，「深海勇士號」在我國南海圍繞深海科學、深海考古、深海救援等多個應用場景開展了高頻次、高強度及複雜海況條件下的下潛作業，取得了豐碩成果。
此外，從20世紀80年代開始，南海海洋所牽頭，會同全國32個單位開展南沙群島及其鄰近海區的綜合科學考察，獲得水文、地質、生物及油氣資源等大量數據和資料，在豐富發展我國熱帶海洋科學基礎理論的同時，為維護我國南沙群島主權與海洋權益提供了重要科學依據，對南海資源開發、環境保護和綜合管理等具有重要應用價值。
深海科考和載人深潛器的關鍵技術突破，帶動了我國海洋科學與技術的全面提升，實現了我國深海裝備由集成創新向自主創新的跨越，為我國經略海洋和建設海洋強國提供了重要科技支撐。
20、量子通信與量子計算研究
在量子通信研究方面，中國科大在發展遠距離量子通信網路技術上處於國際領先水平。2012年2月，建成國際上首個規模化的城域量子通信網路。2017年8月，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」在國際上首次實現千公里星地雙向量子糾纏分發、星地高速量子密鑰分發、地星量子隱形傳態；「天宮二號」成功實現了基於小型化終端的星地量子密鑰分發。2017年9月，世界首條連接多個城市的量子通信「京滬幹線」正式開通；同時，結合「京滬幹線」和「墨子號」的天地鏈路，實現了世界首次洲際量子視頻通信，標誌著我國已構建天地一體化廣域量子通信網路雛形。
在量子計算研究方面，中國科大在多粒子量子糾纏的製備與操縱上處於國際領先地位，從2004年開始始終保持著糾纏光子數目的世界紀錄。2015年，在國際上首次成功實現多自由度量子體系的隱形傳態，被英國物理學會評為當年度國際物理學十項重大突破榜首。多光子糾纏及干涉度量學研究成果獲2015年度國家自然科學獎一等獎。2016年12月，在國際上首次實現十光子糾纏，再次刷新了光子糾纏態製備的世界紀錄。2017年5月，自主研製成功世界首台基於單光子的量子計算機原型，實現了10個超導量子比特的糾纏，入選第四屆世界互聯網大會領先科技成果。2018年2月，聯合阿里雲開發的量子計算雲平台上線，成為繼IBM後全球第二家向公眾提供10比特以上量子計算雲服務的系統。2018年7月，在國際上首次實現18個光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態製備的世界紀錄。
21、極大規模集成電路關鍵技術
上海微系統所歷經30餘年的努力，分別突破絕緣體上硅（SOI）和12英寸大矽片技術，先後成功研發出擁有核心自主知識產權的4—8英寸SOI和12英寸大矽片並實現產業化，制定了我國首部SOI技術企業標準，打破了國外技術封鎖，躋身國際高端硅基材料市場，是我國硅集成電路技術和微電子材料的重大突破。獲2006年度國家科學技術進步獎一等獎、2007年度中國科學院傑出科技成就獎。
微電子所牽頭組織全國性產學研用聯盟，通過7年攻關，先後突破22納米高K介質/金屬柵工程、14納米FinFET器件、新型快閃記憶體器件、可製造性設計等關鍵技術，在關鍵工藝模塊上形成較為系統的知識產權布局（專利2406項，其中國際專利483項），並於2013年首次實現向大型製造企業的許可轉讓，進入產業化開發階段，為我國納米級極大規模集成電路產業技術升級提供了技術支撐。獲2014年度中國科學院傑出科技成就獎。
22、高性能計算
1983年，計算所和院內外80多個單位共同研製的「七五七」工程千萬次計算機通過鑒定，這是我國自行研究設計和試製的第一台大型向量計算機系統，獲1985年度國家科學技術進步獎一等獎。
1995年，計算所突破了大規模並行處理的一些關鍵技術，研製成功曙光1000大規模並行機系統，獲1997年度國家科學技術進步獎一等獎。2004年研製成功的曙光4000系列高性能計算機具有十萬億次浮點運算能力，使中國高性能計算技術和產業躋身世界前十，獲2005年度中國科學院傑出科技成就獎。2008年研製成功的曙光5000A在第32屆全球高性能計算機TOP500排行榜上繼續位列第十。2010年研製成功的曙光「星雲」是我國首台實測性能超千萬億次的超級計算機，排名世界第二。2009— 2016年，曙光系列超級計算機連續8年蟬聯中國高性能計算機市場份額第一。
軟體所長期致力於曙光、聯想、神威、天河等一系列國產高性能計算機的軟體研發，研製出新一代高性能共性基礎演算法庫，發展了適用於大型異構環境的區域分解演算法；突破了千萬核規模下全隱式求解器設計關鍵技術，獲2016年度國際高性能計算應用最高獎——戈登·貝爾獎和2017年度中國科學院傑出科技成就獎。
23、國產晶元與系統軟體研發
2002年，計算所成功研製出我國首款自主研發的通用處理器晶元「龍芯1號」，標誌著我國初步掌握了當代通用處理器晶元的關鍵設計技術。2003年，成功研製出我國首款64位通用處理器晶元「龍芯2B」；2009年，成功研製出我國首款多核通用處理器晶元「龍芯3A」。獲2003年度中國科學院傑出科技成就獎。經過10餘年的研發，「龍芯」已經形成了嵌入式應用、桌面應用、伺服器等3個產品系列，應用於北斗導航衛星、黨政辦公、數字電視、教育、工業控制、網路安全和國防等重要領域。
近年來，該所研製出國際上首個深度學習處理器晶元——「寒武紀」，相對通用處理器等傳統晶元可提升智能處理能效100倍以上，應用於華為Mate10、榮耀V10和P20等數千萬部手機上。2016年11月，入選第三屆世界互聯網大會領先科技成果。2016年，孵化出世界首個人工智慧晶元獨角獸公司。
1983年，軟體所基於時序邏輯的軟體工程環境的理論與設計研究，提出了世界上第一個可執行時序邏輯語言XYZ/E，可支持軟體開發的全過程，獲1989年度國家自然科學獎一等獎。
1985年，計算所孵化的聯想集團成功研製聯想式漢字微型機系統LX-PC，獲1988年度國家科學技術進步獎一等獎；1990年，成功開發出聯想ELSA486/50微機及測試系統，獲1992年度國家科學技術進步獎一等獎。
24、機器人與人工智慧技術
1995年，瀋陽自動化所牽頭研製出6000米級無纜自治水下機器人（CR-01），1995年、1997年兩次赴太平洋開展調查工作，使我國具有了對除海溝以外絕大部分海域進行詳細探測的能力，相關技術與能力躋身世界前列，獲1998年度國家科學技術進步獎一等獎。
2012年，瀋陽自動化所自主研製出中國首台6 000米無人無纜潛器（AUV）「潛龍一號」，具有自動定向、定深、定高、垂向移動、橫向運動、位置和路徑閉環控制、水面遙控航行等功能。2014年，「潛龍二號」研製成功，具有高智能自主避障能力和穩定航行控制能力，標誌著我國水下自主機器人技術達到國際先進水平。
瀋陽自動化所工業機器人技術成功實現產業化，新松公司移動機器人市場份額持續保持全球第一。近年來，還開發了極地科考冰雪面移動機器人、旋翼飛行機器人、納米操作機器人、超高壓線巡檢機器人、反恐防爆機器人等特種機器人。
合肥研究院2013年研製的我國首台全尺寸人形救援機器人「愚公」，具備複雜環境下自主行走和多任務作業能力，達到國際先進水平。
1999年，自動化所孵化的漢王科技公司研發出國際上第一個大字符集手寫漢字輸入系統——漢王形變連筆的手寫漢字識別方法與系統，獲2001年度國家科學技術進步獎一等獎。
自動化所等研發的虹膜識別技術、人臉識別技術、語音識別技術、智能視頻監控技術、分子影像技術等得到廣泛應用，人工智慧（AI）程序「CASIA-先知1.0」、仿生機器魚高效與高機動控制等在特定領域得到重要應用。
計算所1992年研製出智能型英漢機器翻譯系統IMT/ EC（IMT/863），獲1995年度國家科學技術進步獎一等獎，為我國機器翻譯技術進入國際市場開闢了道路。
科大訊飛公司在智能語音與人工智慧核心技術領域居國際領先水平，多次在國際頂級比賽和權威評測中刷新世界紀錄，在美國《麻省理工科技評論》 2017年「全球最聰明50家公司」榜單中位列第六。
25、先進核能研究
在核聚變領域，合肥研究院自主設計、建設、運行了世界上首台全超導非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST，俗稱「小太陽」），為世界穩態近堆芯聚變物理和工程研究搭建了重要實驗平台。1998年7月立項，2000年10月開工，2007年3月通過驗收。2017年7月3日，EAST獲得超過100秒的完全非感應電流驅動（穩態）高約束模等離子體，成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置，其科學研究成果為國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）長脈衝高約束運行提供了實驗支持，為我國下一代聚變裝置——中國聚變工程實驗堆（CFETR）的設計和預研奠定了基礎。EAST的建設運行使我國托卡馬克研究走向世界前沿，成為該領域國際上最重要的研究中心之一。獲2007年度中國科學院傑出科技成就獎、2008年度國家科學技術進步獎一等獎、2013年度國家科學技術進步獎一等獎。
在核裂變領域，2011年，近代物理所牽頭開展加速器驅動系統（ADS）關鍵核心技術研究，2016年在國際上首次提出加速器驅動先進核能系統方案並建成樣機，集安全處理核廢料、增殖核燃料和產能於一體，可將鈾資源利用率由目前不到1%提高到95%以上，處理後核廢料量不到乏燃料的4%，放射壽命由數十萬年縮短到約500年。近年來，上海應物所牽頭建成釷基熔鹽堆（冷）實驗研究基地，實現釷鈾循環、堆本體工程設計、系列高溫熔鹽迴路、安全與許可等原型系統與一系列關鍵技術突破，引領國際釷基熔鹽堆研發，並為建設實驗堆奠定了科技基礎。
26、超強激光技術及裝置
超強超短激光被認為是人類已知的最亮光源，能在實驗室內創造出前所未有的超強電磁場、超高能量密度和超快時間尺度綜合性極端物理條件，在台式化加速器、阿秒科學、超快化學、材料科學、激光聚變、核物理與核醫學、高能物理等領域有重大應用價值。
2002年，上海光機所突破光學參量啁啾脈衝放大超強超短激光新原理系列關鍵科學技術，獲得峰值功率高於國際同類研究一個量級的16.7太瓦激光輸出，獲2004年度國家科學技術進步獎一等獎。2011年，物理所採用高對比度啁啾脈衝放大技術，在國際上首次利用飛秒鈦寶石放大激光裝置獲得大於1拍瓦的峰值功率。2013年和2016年，上海光機所相繼研製成功創當時世界最高激光峰值功率紀錄的2拍瓦和5拍瓦激光系統。2017年率先實現10拍瓦激光放大輸出，引領超強激光科學國際前沿。
自20世紀60年代以來，作為我國激光慣性約束聚變（ICF）裝置研究的發源地和核心團隊，上海光機所先後完成了神光Ⅰ、神光Ⅱ系列高功率激光裝置建設，為高能密度物理前沿研究和國家戰略高技術發展提供了核心戰略支撐。1986年建成的神光Ⅰ裝置（激光12號實驗裝置），標誌著我國ICF五位一體實驗研究的重大突破，獲1990年度國家科學技術進步獎一等獎；2001年建成的神光Ⅱ裝置和2005年成功研製國內唯一的多功能探針系統；2017年通過驗收的神光碟機動器升級裝置成為我國ICF研究核心快點火與先進閃光照相能力綜合研究平台。
27、高精度衍射光柵製造技術和大口徑碳化硅反射鏡
衍射光柵是一種具有納米精度周期性微結構的精密光學元件，是各類光譜儀器的「心臟」，在天文學、光通信、激光器、信息存儲、慣性約束激光核聚變等眾多領域中有重要應用。將光柵做大做精是世界性難題，而光柵刻劃機作為製作光柵的母機，被譽為「精密機械之王」。長春光機所經過多年努力，突破一系列關鍵核心技術，於2016年11月自主研製成功大型高精度衍射光柵刻劃系統，並成功刻划出世界最大面積的中階梯光柵（400毫米×500毫米），解決了我國光譜儀器「有器無心」的問題，打破了國外壟斷和封鎖，提升了我國光譜儀器產業邁向高端和拓展國際市場的能力。
大口徑光學反射鏡是高解析度空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統的核心元件，碳化硅（SiC）陶瓷材料是國際公認的高性能反射鏡材料，我國完全依賴進口，長期受制於人。長春光機所完成了國際公開報道中最大口徑4米的碳化硅非球面反射鏡製造——碳化硅鏡坯製備、非球面加工檢測以及改性鍍膜，核心製造設備和製造工藝具有自主知識產權，並於2018年8月通過驗收。該成果標誌著我國在大口徑光學製造領域取得重大技術突破，形成大口徑系列反射鏡研製能力，對我國基礎研究、防災減災、公共安全、國防安全等具有重要戰略意義。
28、青藏高原科學考察研究
被譽為世界屋脊、亞洲水塔、地球第三極的青藏高原，是我國重要的生態安全屏障、戰略資源儲備基地，是中華民族特色文化的重要保護地，對於研究地球與生命演化、全球氣候變化和人類可持續發展具有重大意義。
在20世紀60年代珠穆朗瑪峰等地區綜合科學考察的基礎上，1973—1980年，中科院自然資源綜合考察委員會聯合全國近80個單位的上千名專家，開展了全面、系統的第一次青藏高原綜合科學考察，積累了大量第一手科學考察資料，在青藏高原隆起及其對自然環境與人類活動影響等多個方面取得了開創性成果，填補了青藏高原研究空白，確立了我國在青藏高原綜合科學研究方面的世界領先地位，也為青藏高原生態保護和經濟社會發展提供了科學依據。獲1987年度國家自然科學獎一等獎。
此後，中科院相關單位陸續組織開展了橫斷山（1981—1986年）、喀喇昆崙山—昆崙山（1987— 1992年）、可可西里（1989—1990年、2005年）、珠穆朗瑪峰（2005年）、西崑崙古里雅冰帽（2015年）等多次大規模綜合科學考察。
2017年8月，青藏高原所牽頭髮起第二次青藏高原綜合科學考察研究，聚焦水、生態、人類活動，通過長期大尺度定位監測和大規模系統深入調查，創新考察研究的技術、手段和方法，對青藏高原的水、生態、人類活動等環境問題進行研究，揭示青藏高原環境變化機理及其對人類社會的影響，將對推動青藏高原可持續發展、優化生態安全屏障體系、推進國家生態文明建設、促進全球生態環境保護產生重要和深遠的影響。
29、青藏鐵路工程凍土路基築路技術與示範工程
舉世矚目的青藏鐵路工程對促進區域經濟社會發展和民族團結、保障國家戰略安全具有重大意義。凍土路基融沉和有效保護多年凍土是青藏鐵路建設面臨的最大難題。
寒旱所通過氣候變化-凍土-工程-環境的綜合研究，創造性地提出了冷卻路基、降低多年凍土溫度的設計新思路，並開展工程技術措施集成研究和工程示範，為鐵路建設提供了科學依據和設計參數；提出動態反饋設計新理念，實現了工程設計從靜態向動態的轉變；構建了青藏鐵路多年凍土工程穩定性的長期監測平台，支撐保障青藏鐵路長期運營和維護。
該系列研究成果全面提升了我國多年凍土區築路技術水平，有效解決了青藏鐵路工程建設的重大技術難題，對凍土地區工程建設與環境演化研究也有重要指導意義和廣泛應用價值，具有顯著的經濟社會效益。獲2005年度中國科學院傑出科技成就獎、2017年度國家科學技術進步獎一等獎。「青藏鐵路工程」獲2008年度國家科學技術進步獎特等獎。
30、地球深部資源探測理論、技術與裝備
在礦床地球化學方面，地化所先後對我國重要的17個礦種的250個層控礦床開展了系統研究，論證了層控礦床的概念、術語、成礦方法和成礦機理，提出了符合我國地質情況的層控成礦理論。獲1987年度國家自然科學獎一等獎。
在深部資源探測理論方面，地質地球所建立了「華北克拉通破壞」理論體系，發展了板塊構造理論和地磁極性轉換場形態學理論，引領了大陸演化研究，提升了我國固體地球科學研究的國際地位；揭示了華北中生代大規模成礦與克拉通破壞的內在聯繫，提出了成礦預測新模型，為我國深部資源探測提供了科學依據。獲2014年度中國科學院傑出科技成就獎。
在深部資源探測技術和裝備方面，地質地球所研發了具有自主知識產權的高性能磁場感測器和地面電磁探測系統，提出了短偏移瞬變電磁勘探方法，解決了相關配套材料和工藝問題，使主動源電磁探測深度從幾百米拓展到幾公里，可大範圍實現大深度、高精度、快速度、低成本探測。獲2015年度中國科學院傑出科技成就獎。
近年來，地質地球所牽頭研製出衛星磁測載荷、航空超導全張量磁梯度測量裝置、航空瞬變電磁勘探儀、探礦重力儀、多通道大功率電法勘探儀、金屬礦地震探測系統、深部礦床測井系統、組合式海底地震探測裝備等8套裝備，關鍵技術填補國內空白，多項技術指標達到國際水平，部分裝備打破國外壟斷，支撐我國「向地球深部進軍」。
三、面向國民經濟主戰場（10項）
31、黃淮海科技會戰和渤海糧倉科技示範工程
20世紀70—80年代，中科院組織院內外眾多科研單位和上千名科技工作者，在京津冀魯豫皖蘇等五省二市，針對旱、澇、鹽鹼等多種自然災害造成糧食產量長期低而不穩等情況，創建了黃淮海平原中低產地區農業綜合治理模式，經過20餘年的科技攻關與生產實踐，改造中低產田1378萬畝，使糧食畝產由194公斤上升到1000公斤，農業生態環境、農業生產條件得到極大改善，農民生活水平明顯提高。「黃淮海平原中低產地區綜合治理的研究與開發」獲1993年度國家科學技術進步獎特等獎。
在此基礎上，2013年，中科院與科技部聯合冀魯遼津等省市，啟動實施了「渤海糧倉科技示範工程」，針對環渤海低平原區淡水資源匱乏、鹽鹼荒地制約糧食生產和現代農業發展問題，重點突破土、肥、水、種等關鍵技術，集成構建不同類型區糧食增產技術體系，建立規模化示範區，取得一系列重大進展和成果。2013—2017年累計推廣8 016萬畝，實現增糧105億公斤，節水43億立方米；預計到2020年，實現年增產50億公斤。
在黃淮海平原中低產地區農業綜合治理和渤海糧倉科技示範工程中，中科院作為組織者和先鋒隊發揮了重要的核心骨幹和引領示範作用，為提升我國現代農業科技水平、保障國家糧食安全作出了重大貢獻。
32、煤炭清潔高效利用核心技術和工業示範
山西煤化所自主研發了高溫鐵基漿態床煤炭間接液化技術，關鍵技術指標國際領先，獲2005年中國科學院傑出科技成就獎。以該技術為核心建設的首批3個百萬噸級產業化示範項目取得了重大進展，神華寧煤400萬噸/年和內蒙古伊泰杭錦旗100萬噸/年煤炭間接液化項目已分別成功地實現了滿負荷和超負荷運行；山西潞安100萬噸/年煤炭間接液化示範項目也已投產出油，正在向滿負荷運行邁進。該技術成功實現規模化工業示範和推廣應用，標誌著我國掌握了世界領先的百萬噸級煤炭間接液化工程的工業核心技術。
大連化物所開發出具有自主知識產權的甲醇製取低碳烯烴（DMTO）成套工業化技術，甲醇轉化率近100%，低碳烯烴選擇性達90%，處於世界領先水平。2010年8月8日，應用該技術的世界首套180萬噸煤基甲醇制60萬噸烯烴工業裝置（神華包頭）開車成功，實現了世界上煤制烯烴工業化零的突破。獲2011年度中國科學院傑出科技成就獎、2014年度國家技術發明獎一等獎。截至2017年年底，DMTO技術已許可24套裝置，烯烴產能1 388萬噸/年（約佔全國1/3）；投產運行12套裝置，烯烴產能646萬噸/年。該所煤經二甲醚羰基化制乙醇（DMTE）技術於2017年1月在陝西延長成功進行了10萬噸/年工業示範，該技術還可利用煉焦廠或鋼廠尾氣生產無水乙醇。
2016年，大連化物所突破了90多年來煤化工領域高水耗、高能耗的水煤氣變換模式，開創了煤基合成氣一步高效生產烯烴新路線，從原理上創立了一條低耗水的煤轉化新途徑。
2008年，福建物構所世界首創萬噸級一氧化碳氣相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氫合成乙二醇（煤制乙二醇）成套技術，在內蒙古通遼市成功實現了世界首套20萬噸/年煤制乙二醇工業示範裝置，改變了我國乙二醇原料長期依賴進口的局面，獲2009年度中國科學院傑出科技成就獎。已技術許可6套裝置並建成投產運行，形成120萬噸產能。
煤炭清潔高效利用核心技術和工業示範，提升了我國新型煤化工領域的研究水平，突破了一批戰略性關鍵技術，在若干方向上佔據了國際技術制高點，為企業轉型、產業升級和戰略性新興產業發展提供了關鍵技術支撐，對我國發揮煤炭資源優勢、緩解石油資源緊張局面、保障能源安全、保護生態環境具有重要戰略意義。
33、非線性光學晶體研究及裝備研製
福建物構所相繼於1979年和1986年發明出新型非線性光學晶體——低溫相偏硼酸鋰（β–BaB2O4，簡稱BBO）和三硼酸鋰（LiB3O5，簡稱LBO）。BBO是世界上第一個具有實用價值的紫外非線性光學晶體，LBO是可見與紫外光區頻率變換特別是大功率器件應用的首選晶體，在科學研究以及精密加工、信息通信、醫療、半導體等行業具有廣闊應用空間。LBO獲1991年度國家技術發明獎一等獎。BBO與LBO晶體材料及元器件研製打破了國外壟斷，以該技術為核心孵化出的福晶科技公司，長期保持全球最大非線性光學晶體和激光晶體製造商地位。
理化所經過20餘年的努力，在深紫外非線性光學晶體及激光技術方面實現突破，在國際上率先突破非線性光學晶體KBBF（KBe2BO3F2）大尺寸生長技術和精密化、實用化深紫外全固態激光技術，研製出多個系列的實用化、精密化深紫外全固態激光源，並與物理所、大連化物所、半導體所等單位合作研製成功一系列國際首創/領先的深紫外激光前沿科學裝備，構建了「晶體—光源—裝備—科研—產業化」的完整創新鏈，標誌著我國成為世界上唯一能夠製造實用化、精密化深紫外固態激光器的國家。
1984年，金屬所在鈦鎳釩急冷合金中發現具有5次對稱的二十面體准晶，有力地論證了准晶的存在，打破了固體材料傳統的晶體和非晶體分類標準，為物質微觀結構及材料研究打開了全新的研究領域。獲1987年度國家自然科學獎一等獎。該成果及後續有關研究工作為推動航空航天准晶熱障塗層、太陽能選擇性吸收薄膜、准晶複合材料、准晶熱電材料等新材料研發及應用積累了理論基礎。
34、幹細胞與再生醫學研究
2009年，動物所以合作方式，首次利用誘導性多能幹細胞（iPS細胞），通過四倍體囊胚注射得到存活並具有繁殖能力的小鼠，在世界上第一次證明了iPS細胞的全能性，為進一步研究iPS技術在幹細胞、發育生物學和再生醫學領域的應用提供了技術平台。獲2013年度中國科學院傑出科技成就獎。此後，該所還率先建立哺乳動物孤雄和孤雌單倍體胚胎幹細胞系，並形成具有國際優勢的功能基因篩選和研究的技術體系；發現孤雌單倍體幹細胞經過基因組印記修飾後可以替代精子，建立了「同性生殖」新方法等。
2012年，廣州生物院用尿液上皮細胞誘導產生神經幹細胞，為神經類疾病的治療提供了新途徑。
2016年，分子細胞科學卓越創新中心成功利用轉分化技術構建肝細胞，開發出新型生物人工肝，治療並挽救10多例肝衰竭病患，並實現產業轉化。
遺傳發育所於2015年起利用神經再生膠原支架結合細胞移植治療脊髓損傷獲得良好效果；2013—2018年利用幹細胞結合膠原支架材料治療子宮內膜損傷和卵巢早衰獲得成功，有望成為女性生殖系統疾病的有效療法。
35、新葯創製
上海藥物所創新性地研製出丹參多酚酸鹽及其粉針劑，於2005年5月獲得新葯證書和生產批件，被中國製藥行業評為最具市場競爭力醫藥品種。2006年投產以來，累計銷售收入超過200億元，惠及1 500萬名以上患者，對我國中藥現代化具有示範帶動作用。獲2013年度中國科學院傑出科技成就獎。
2009年，上海藥物所歷時10餘年自主研發出我國第一個具有自主知識產權的國家一類氟喹諾酮類抗菌新葯——鹽酸安妥沙星，顯著提高了抗菌活性和代謝性質，打破了我國長期依靠仿製葯的局面。
經過20多年的努力，2018年7月17日，上海藥物所合作研發的甘露寡糖二酸（GV-971）完成臨床三期試驗，治癒效果明顯，標誌著我國具有自主知識產權的治療阿爾茨海默病新葯取得重大突破。GV-971新穎的作用模式與獨特的多靶作用特徵，顛覆了世界醫學界對阿爾茨海默病發病機理的傳統認識，為阿爾茨海默病藥物研發開闢了新路徑。
1986年，成都生物所研製出預防和治療冠心病、心絞痛的純中藥製劑——地奧心血康。1988年被列為國家級新葯。依託該成果創辦的中科院成都地奧製藥集團有限公司是首屆全國高新技術百強企業之一。2012年3月14日，地奧心血康膠囊在荷蘭上市，成為我國首個在歐盟註冊上市的具有自主知識產權的治療性藥品。
2014年，上海有機所研發出腫瘤免疫靶向小分子抑製劑（IDO）——吲哚胺2， 3 -雙加氧酶，可用於治療前列腺癌、胰腺癌、乳腺癌、胃癌等多種腫瘤疾病。2017年9月，以4.57億美元向國內生物製藥企業轉讓許可。
36、遠緣雜交與分子育種研究
遺傳發育所歷經50多年不懈努力，通過系統的遠緣雜交研究，培育出小麥與偃麥草遠緣雜交的「小偃」系列小麥新品種，為小麥染色體工程育種開闢了一條新途徑。其中「小偃6號」不僅推廣面積大、時間長，又是我國小麥育種最重要的骨幹親本之一，已衍生出高產優質小麥品種80餘個。該所2006年通過國家審定的小麥品種「科農199」，成為黃淮麥區的主栽品種之一。
該所經過10餘年攻關，綜合運用基因組學、計算生物學、系統生物學、合成生物學等手段，創建新一代水稻超級品種培育的系統解決方案和育種新技術。在理論上深度解析了水稻耐寒性、雜種優勢、廣譜抗病與產量平衡等方面的分子機制；培育出適應東北稻區和長江中下游稻區等多個不同生態區的水稻模塊新品種，如「中科804」「中科902」「嘉優中科」系列等，實現了水稻優質高產多抗的協同改良。該成果標誌著我國初步建立起分子模塊育種技術新體系，在現代育種理論研究和新一代設計型品種培育方面走在世界前列，是繼農業「綠色革命」和雜交水稻後的第三次重大突破。獲2013年度中國科學院傑出科技成就獎、2017年度國家自然科學獎一等獎。
37、海洋生態牧場研究與示範
針對我國近海漁業資源嚴重衰退、海洋生態環境嚴重惡化等突出問題，海洋所從20世紀70年代開始，提出在近岸海域實施「海洋農牧化」的創新思路，在山東膠州灣和廣東大亞灣進行了試驗示範，重點圍繞魚類、對蝦、海參、貝類、藻類等優勢水產經濟種類，開展優質新種質創製與健康養殖技術研發，建立海灣型、島礁型等可複製、可推廣的海洋生態牧場模式，為實現漁民增收、漁業增效、產業升級提供技術和裝備支撐。其中，「海灣扇貝引種、育苗、養殖研究及應用」獲1990年度國家科學技術進步獎一等獎。
在此基礎上，該所持續創新海洋生態環境構建關鍵技術與設施，制定了海洋生態牧場建設標準，實現了海洋生態環境從局部修復到系統構建的發展、生物資源從生產型修復到生態型修復的發展、資源環境從單一監測評價到綜合預警預報的發展。2015—2017年，在大連、唐山、煙台、日照等地建設了5個海洋生態牧場示範區，應用示範推廣面積達45.6萬畝，生態環境顯著改善，生態系統更趨穩定，核心區多保持在一類水質，經濟生物種類增加29%—46%，資源量增加2倍以上，漁戶平均年收入由5萬元提高到11萬元，經濟效益突破55億元，推動了海洋漁業的技術革新、產業升級和可持續發展。
38、科技救災
長期以來，中科院秉持創新為民、科技報國理念，積極發揮科技和人才優勢，開展地震、洪澇、滑坡、泥石流、乾旱、沙塵暴、火災、赤潮等自然災害遙感監測和防治技術研發，提出一系列防災減災理論與方法，研製出一批救災急需的高端設備，發揮了重要科技支撐作用，為國家和區域防災救災重大決策提供了科學、及時的智庫支持，為保障人民生命財產安全作出了積極貢獻。
在2008年四川汶川地震、2010年青海玉樹地震和甘肅舟曲泥石流災害、2013年四川雅安地震、2014年雲南魯甸地震等災害中，遙感地球所、成都山地所、地理資源所、上海微系統所、心理所等20多家單位，利用衛星和航空遙感監測技術、無人機等災害監測裝備、應急能源、無線應急通信設備、搜救機器人、地理信息數據和演示系統、防病防疫、低成本醫療、應急飲水設備、心理救助、資源環境承載能力評價等方面的科技積累和技術人才優勢，在應急救災、災害排查、次生災害防治、災後恢復重建等方面，提供了重要的技術支撐保障和決策諮詢服務。
39、中國生態系統研究網路
1988年以來，中科院整合有關研究所野外觀測研究站，建立了中國生態系統研究網路（CERN），旨在通過對全國不同區域和不同類型生態系統的長期監測與試驗，結合遙感與模型模擬等方法，研究我國生態系統的結構與功能、過程與格局的變化規律，開展生態系統優化管理與示範，提高我國生態學及相關學科研究水平，為我國生態與環境保護、資源合理利用和國家可持續發展及應對全球變化等提供長期、系統的科學數據和決策依據。
經過30年建設發展，CERN已成為集生態系統動態監測、科學研究、技術示範、科技諮詢和科普教育為一體的國家科技平台，包括44個生態站、5個學科分中心和1個綜合研究中心，積累了大量監測和實驗數據，取得了一系列研究成果，推動了我國生態環境領域科技進步和生態文明建設。獲2012年度國家科學技術進步獎一等獎。
沙漠所沙坡頭沙漠試驗研究站始建於1955年，是中科院最早建立的野外長期綜合觀測研究站。基於大量監測和試驗，研究提出了「以固為主、固阻結合」的沙區鐵路防護體系模式，保障了穿越流動沙丘的包蘭鐵路建設和順利運行，並得到廣泛推廣。「包蘭線沙坡頭地段鐵路治沙防護體系的建立」獲1988年度國家科學技術進步獎特等獎。沙坡頭沙漠試驗研究站於1992年加入CERN，2006年成為國家野外科學觀測研究站。
40、地域空間開發和功能區劃研究
20世紀中期開始，地理所（現「地理資源所」）和南京地理所主持開展了我國綜合農業區劃工作，1981年編製出我國第一部《中國綜合農業區劃》，首次全面、系統地論述了我國農業資源特點、生產狀況以及農業區劃方案，為我國農業生產結構和布局的宏觀決策提供了重要的科學依據，為我國後續農業區劃工作奠定了理論和實踐基礎。獲1985年度國家科學技術進步獎一等獎。
1984年，地理資源所提出了我國社會經濟空間組織的「點-軸系統」理論及國土開發與經濟布局的「T型」空間構架，科學反映了我國經濟發展潛力的空間組合框架，1987年被寫進《全國國土規劃綱要》。此後，該所創建了地域功能理論和主體功能區劃技術規程，研編出我國首部全國主體功能區劃方案，被納入國家規劃並提升為國家戰略和基礎制度，獲2009年度中國科學院傑出科技成就獎。2015年，該所利用創建的區域資源環境承載能力系列研究方法和預警模型，首次對全國區域可持續發展狀態進行了診斷。上述成果對推動我國國土空間治理體系和治理能力現代化、促進生態文明建設起到重要作用。
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