燕山余脉于此温婉转折。
山脊之上，古长城蜿蜒纵横，六百年烽火余韵藏于山间风语；山脚之下，一座科学之城正以燎原之势蓬勃兴起。
如今，怀柔综合性国家科学中心已落地37个科学设施平台、17个面向全球开放。累计突破“卡脖子”技术72项，产出重大科技成果439项。
怀柔科学城
空间科学、物质科学
信息与智能科学、生命科学
地球系统科学、能源科学
在此交汇融合、开放共享
这里没有海
却有科学浪潮奔涌
SMILE²的每一笔
以国家战略需求为导向
以追求卓越之严谨与热忱
以勇攀高峰之坚韧与乐观
以敢为人先之自信与果敢
绘就出怀柔加快实现
国家高水平科技自立自强的“自信微笑”
那一抹“微笑”
是怀柔向世界发出的诚挚邀约
怀柔
以“科创初心”赴时代之约
以“自信微笑”致广阔未来
空间科学
Space Science
极目寰宇 叩问苍穹
故事要从69年前说起。
1957年，“两弹一星”元勋钱学森提出建立“星际航行学院”的构想。彼时的中国，连一颗属于自己的卫星都不曾拥有。但他画出的那条通往星辰的路线图，在此后数十年，一寸寸变成脚下的路。
《星际航行概论》钱学森著
2026年1月，中国科学院大学星际航行学院在怀柔正式揭牌。22门核心课程，涵盖星际动力与推进原理、星际航行环境感知与利用等前沿方向。老一辈科学家的星际梦想，在这一刻具象化。
时间再次拉回至上世纪五十年代末。为承担“两弹一星”相关任务，中国科学院在怀柔建立试验基地，为我国火箭发动机、高能燃料、耐高温材料的研发奠定根基。
“两弹一星”纪念地灯塔
薪火相传，未曾中断。
2017年，子午工程二期正式落址怀柔。这套覆盖全国的空间环境监测网络，以怀柔综合性国家科学中心的综合信息与运控中心为“神经中枢”，统一调度全国96座监测台站、统筹282套精密观测设备协同运转。
2024年5月，一场二十年来最强的超级磁暴席卷地球。整个系统完整地“拍摄”了太阳活动的全过程。
依托这套观测底座，科研团队累计在《Science》《Nature》等国际顶尖期刊发表论文500余篇。
子午工程利用地基监测日地空间环境
2025年，国际子午圈大科学计划总部永久落户怀柔，与36个国际组织建立合作，实现对日地空间“全纬度、全天候、日不落”的立体监测。
地基监测筑牢根基，天际卫星延展触角。
2020年12月，“怀柔一号”卫星成功发射。这是怀柔综合性国家科学中心空间科学实验室挂牌后的首个科学卫星任务。2025年，该卫星首次在伽马暴中观测到周期稳定的毫秒级脉动信号，为揭示致密天体并合后产物的性质提供了关键证据。
“怀柔一号”GECAM在轨运行效果图
2026年6月，中欧联合研制的“微笑”卫星成功发射、顺利进入预定轨道。该卫星凭借全球首创的地球磁层软X射线全景成像能力，开启日地空间探测全新篇章。
从“悟空”“墨子”到“慧眼”“夸父一号”，从“天关”巡天到“微笑”卫星成功发射——怀柔孕育的系列空间探测器，织成一张覆盖天地的深空探索网络。
卫星上天的密钥，同样藏在这里。
中科院力学所怀柔园区，两座激波风洞静卧于此。JF-12可复现25至50公里高空、马赫数5至9的飞行条件，2012年建成时是国际最大、整体性能最先进的激波风洞。
JF-22则更胜一筹，采用爆轰驱动技术，可复现40至90公里高空、最高每秒10公里、约30倍音速的飞行条件。两座风洞并肩而立，构成国际唯一覆盖全部高超声速“飞行走廊”的实验平台。
如今，一条长约六公里的“星际航行大道”已经成型。太空实验室、先进载运平台等20余个科研载体沿路排布，50余家空天企业集聚成链，覆盖星载通信、航天推进、火箭零部件、空间服务全领域。从基础研究到技术攻关，再到产业落地，完整闭环已然形成。
从简陋厂房到星际大道，从手摇演算到卫星组网。变的是科研工具，不变的是代代航天人仰望星空的赤诚初心。
星际航行大道
物质科学
Material Science
探微知著 洞见本源
如果说空间科学是奔赴深空的壮阔远征，物质科学便是扎根微观的漫长修行。
1925年，叶企孙先生归国执教，初创清华物理系，在国内现代物理近乎空白的荒芜之地，埋下希望火种。
百年岁月流转，薪火在怀柔赓续。
2019年，亚洲首台第四代高能同步辐射光源在怀柔破土动工。2025年末，高能同步辐射光源正式试运行，面向全球开放。
这束亮度超太阳万亿倍的光，穿透物质表层，解锁微观世界的隐秘规律。中国拥有了属于自己的“超级显微镜”，彻底打破海外高端观测设备的长期垄断。
高能同步辐射光源
一束光，赋能千行百业。
中国钢研团队依托高能同步辐射光源，首次实现高速列车车轮服役前后残余应力的无损精准表征。数十万公里行驶里程中，车轮材料的微观损耗规律被精准解码。新一代高耐久、轻量化高铁车轮的研发，有了核心数据支撑。
航空航天领域，航发叶片微观缺陷精准检测，筑牢装备安全底线；新能源领域，电池充放电微观变化原位监测，破解续航与寿命核心难题……
如果说高能同步辐射光源是探索微观世界的“放大镜”，综合极端条件实验装置则是将材料逼至极限的“试炼场”。
综合极端条件实验装置
这座曾被《Nature》誉为“中国顶尖物理实验平台”的装置，始终奔赴物理参数的极致边界。毫开尔文极低温、300吉帕斯卡超高压、26特斯拉超强磁场、阿秒级超快光场——科研人员在此一次次突破人类对物质的认知边界。
依托大科学装置，量子自旋超固态成功观测，入选2024年度“中国科学十大进展”；35.6特斯拉超导磁体刷新世界纪录；首次发现“类固体”水形态，重塑人类对水体形态的固有认知。
综合极端条件实验室
不只两大核心装置，怀柔综合性国家科学中心已布局分子材料与器件研究测试平台、材料基因组研究平台等15个物质科学相关设施，构建起体系完备的科研硬件矩阵。
X射线探测器全面国产化，世界首台拍瓦激光质子加速装置建成，无液氦稀释制冷机、qPlus型扫描探针显微镜等重磅成果相继落地，依托中科艾科米、中科量仪等企业完成市场化转化。一批聚焦超导科技、量子材料的科创企业集聚成势，推动高端材料、精密设备从实验室走向产业化应用。
一束光穿越微观寰宇。求索不止，终与真理温柔相逢。
中国科学院物理研究所自主研发的无液氦稀释制冷机
信息与智能科学
Information & Intelligence Science
智启未来 赋能万物
AI热潮汹涌。作为全球重大科技基础设施最密集的区域之一，怀柔综合性国家科学中心选择了更深沉的攻坚——类脑认知、人工智能算法、高级人机交互。
真正的智能革新，始于数理根基。
2020年，由丘成桐院士牵头的雁栖湖应用数学研究院挂牌落地怀柔。数学院聚焦的问题之一，就是从源头破解人工智能共性瓶颈。
丘成桐带领团队创新超网建模与拓扑理论，破解复杂系统高阶交互难题。一系列原创性数理成果，为全球AI算法迭代提供中国方案。
北京雁栖湖应用数学研究院构建“Yau-Yau随机网络”模型
数学搭好骨架，脑科学赋予灵魂。
脑认知功能图谱与类脑智能交叉研究平台，把镜头对准人脑本身。超高场磁共振、可穿戴脑磁图落地后，能实时捕捉人思考时的脑部信号，提前预警病变，也为类脑算法、脑机设备研发提供真实人脑数据支撑。
脑认知功能图谱与类脑智能交叉研究平台
底层理论与大型装置双向奔赴，催生出怀柔独有的交叉科研模式。
“智慧光源大脑”升级2.0版本，从前需要几星期人工处理的实验数据，如今几小时就能梳理完毕。新材料智能筛选模型把研发周期从数年压缩至数月。
“智慧光源大脑”2.0平台部分使用面板
介科学与过程仿真交叉研究平台内，融合介科学的AI模型大幅提升故障预判准确率。分子科学交叉研究平台，则支撑“超异质”分子组装体聚集态结构精准可视化。
蛰伏实验室的算法，终要扎根产业沃土。
全球首个原生电力专业大模型落地试用，可自主完成调度规划、风险预警，无需人工反复测算。 “神农·固芯”平台颠覆传统选种模式，大幅缩短育种周期。世界首台智能育种机器人“吉儿”在怀柔完成测试，五年育种流程缩短至一年，相关成果刊发于《Cell》。
首台可自动巡航杂交授粉的智能育种机器人“吉儿”
一批本土科创企业生根发芽。怀芯声学跳出视觉识别局限，只靠声音信号就能感知环境。清飞科技造出仿生机器人，微型电机驱动“仿生肌肉”，表情贴近真人。“凌开一号”模块化制冷机实现国产替代，为量子计算提供稳定超低温环境。
以数学为基、以脑科学为镜、以交叉融合为路，怀柔正在探索一条AI从底层突破到赋能成果转化的路径。
生命科学
Life Science
解码生命 守护健康
从神农尝百草的朴素探索，到分子级、跨尺度的精准解码，人类对生命本源的追寻从未停歇。
十几年前，一群科学家站在怀柔的田埂上，许下一个近乎大胆的心愿：造一座能够完整看见生命全尺度的“观象台”。彼时，国内还没有任何一座设施能实现跨尺度活体观测，想要完整绘制从分子到活体的生命全景，只能依赖进口仪器。
2025年，多模态跨尺度生物医学成像设施通过国家验收。四大核心平台与一座辅助平台环环相扣，打通十个数量级时空维度。纳米细胞活动、人体器官流转，生命从微观到宏观的每一次律动，都能完整、动态呈现在科研人员眼前。
依托这座“生命观象台”，北大团队反复校准六束干涉光源，攻克三维成像轴向模糊的世界性难题。自研的4Pi-SIM系统，实时捕捉活细胞分裂、蛋白聚合的完整动态。
4Pi-SIM用于固定细胞三维超分辨成像
激光加速创新中心团队扎根于此，造出体积大幅缩小的“激光质子刀”，精准靶向肿瘤病灶。如今样机落地，稳步推进临床转化，为无数肿瘤患者点亮新希望。
如果说成像设施是看透生命的“慧眼”，人类器官生理病理模拟装置便是复刻人体病理演化的“活体仿真实验室”。
人类器官生理病理模拟装置效果图
该装置由周琪院士牵头搭建，建成后将填补国内大型人体器官模拟平台的空白。依托干细胞、类器官培育技术，体外复刻多类人体器官的正常生理状态，精准复刻炎症、纤维化、肿瘤等病变全过程。科研人员无需频繁开展动物实验，就能在体外测试新药毒性、验证靶向疗法。
两大设施互为补充：成像设施捕捉微观病变信号，器官模拟装置复刻病理演化全过程。一测一仿，形成完整科研闭环。
在这里，一座20万平方米的“中国影像谷”拔地而起。创新细胞技术平台、新发突发传染病疫苗平台、生物大分子药物平台、分子影像探针平台等六大科教与交叉载体连片成型。“十五五”阶段还将新增人群微生物谱系、重大疾病分子诊断仪器两大平台。
中国影像谷
地球系统科学
Earth System Science
知行天地 经纬山河
古人观天象、察四时，凭经验预判风云。今人以大国重器为尺、以超级算力为笔，精准推演地球的每一次脉动。
作为国内唯一软硬件一体化地球系统模拟预测大科学装置，地球系统数值模拟装置“寰”，“思考”1秒的计算量，抵得上全球人口同时用计算器算4年。
270万行代码，把“地球”装进了实验室——大气环流、海洋洋流、极地冰盖、热带雨林，“寰”以万亿次浮点运算把握地球五大圈层的每一次脉动。
地球系统数值模拟装置硬件支持设备“硅立方”
依托“寰”，多款自主模型相继问世。EPICC-Model填补国内污染物溯源空白，精准追踪雾霾扩散路径。CAS-ESM2.0气候模型跻身全球第一梯队，精准推演碳排放与气温变化关联，在国家双碳布局与国际气候谈判中提供完整中国数据。
科技之光照进了最平凡的土地。
依托“寰”研发的“万象GAP”预报系统，突破AI预报不稳定的国际难题，已部署于智慧农业决策平台，让农民也开始看数据“吃饭”。
“IAP天气-气候一体化预报系统万象GAP”
技术体系成果发布
目前，怀柔综合性国家科学中心已布局地球系统数值模拟装置、深部资源探测技术装备研发平台、泛第三极环境综合探测平台等7个地球系统科学相关设施。
从城市空气到全域极端天气防控，再到全球气候模拟，一套覆盖海陆空地下的地学创新生态已然成型。
能源科学
Energy Science
融智汇能 绿色未来
自人类学会钻木取火，科技文明的每一步跃升，都紧紧系于能源的更迭。
如何摆脱化石能源依赖，向“双碳”目标迈进——这是摆在全人类面前共同的时代难题。
在怀柔2平方公里的国际能源生态港，一群科研人在此扎根，用一套从基础研发到量产落地的完整科创体系，书写着中国的绿色答卷。
国际能源生态港
这里搭建起“一核三区多点”协同布局。以怀柔国家实验室为核心枢纽，联动中科院多家院所、中国有研集团等顶尖力量，打通基础研究、中试放大、市场转化完整链路。新型储能、电力核心装备、绿色应用三大产业集群汇聚于此。
园区同步联动中车、东方电气等行业龙头，聚力攻关大功率电力装备、第三代半导体芯片、可再生能源系统，合力培育百亿级绿色产业集群。
深海蓝色能源实验室
为探索高效固碳新路径，科研团队携手中国海油奔赴深海，完成全球首次二氧化碳水合物封存实地试验。开创深海碳封存全新技术路线，为各国实现碳中和提供可落地的中国方案。
基础材料是清洁能源的底层根基。清洁能源材料测试诊断与研发平台，便是这片园区的“材料试炼场”。
科研团队打磨出原位固态化固态电池技术，一举将量产电池能量密度提升至360Wh/kg，长久困扰新能源汽车的电池笨重、续航不足难题迎刃而解。如今这项技术已走进宁德时代、华为、三峡能源、蔚来等企业。
输电、储能、发电各条赛道，创新故事接连上演。
IGCT大功率器件基地攻克8.5kV/5kA关键技术，碳化硅电力芯片实现全面国产替代。千万公里特高压输电线路，装上自主研发的“中国芯”，稳稳守住远距离绿电输送的能源安全底线。纳米所摩擦电纳米发电机入选2024年度国际前沿化学技术，为微型无源供电开辟新思路。
光有实验室成果还远远不够，中试平台是衔接理论与产品的关键桥梁。
炎和科技落地全球首条百兆瓦级钙钛矿光伏量产线，光伏组件远销50多个国家和地区。团队同步研发太空专用光伏电池，即将开展在轨试验，既能支撑航天器深空供电，也能反哺地面光伏发电产业。
炎和柔性钙钛矿光能电池
厚积成势，乘势而上。日前，怀柔成功获批市级未来产业先导区，成为北京市四大未来产业先导区之一，将依托综合性国家科学中心原始创新优势，以未来能源为主，未来制造与未来材料为协同支撑，构建“一主两辅”特色产业格局，为绿色发展锚定长远航向。
END
【转载请注明来源：北京怀柔公众号】
文字：蒋嘉琦
视频制作：张子杨 张馨晏
编辑：彭渴芯
