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澳博娱乐送2000体验·中科院太空实验室专家:在航天领域搞创新,鬼知道我们经历过什么

发布时间:2020-01-09 13:40:09 人气:1157

澳博娱乐送2000体验·中科院太空实验室专家:在航天领域搞创新,鬼知道我们经历过什么

澳博娱乐送2000体验,我是一名科技工作者,一名工程师,从1999年开始到现在,一干就是20年。

多年以来,我和我的团队为中国的神舟号飞船、实践10号卫星、天宫2号空间实验室,建造了多种多样的材料科学实验装置。

现在,我们正在紧锣密鼓地为中国的载人空间站设计更为精密、也更为复杂的科学设备。

未来有一天,在太空中我们将会建成材料科学实验室,这是为了能够长久地探寻和研究材料科学千变万化的深层奥秘。

今天我来到这里,来探讨一个非常宏大的命题:创造力。

到底何为创造力,各种词典的解释不尽相同。我做了归纳,一个基本的解释是,创造是指首先想出,或做出前所未有的事物;创造力是指产生新思想,发现和创造新事物的能力,是人类特有的一种综合性本领。

人类终究是好奇又善变的种族,生生不息,探索不止。上个世纪兴起的航天科技,可以说是这种探究和创造精神典型代表。

发展航天科技有个最基本的逻辑:我们从一开始就不能安于现状,我们无法永远睡在地球这个摇篮之中,要去冒险、要去发现。要彻底摆脱我们整个物种的宿命,就必须走向茫茫的未知宇宙,直到有一天我们能够创造出一个全然不同的崭新世界。

做你从未做过的事情,这就是创造的全部要义。那在我的工作中,究竟什么是创造呢?

首先,我想要讨论下创造和制造的区别:

一般来说,制造是按照既有的方法或者技术,用现有的原材料、工具、设备,依据图纸、定型化的设计程序等来进行生产的活动。通常它是批量化、规模化的。

制造的发端起源于创造。而一项好的创造,想要最终惠及普罗大众,就需要落脚在制造上。我们中国现在是世界公认的制造大国,但要变成世界级的制造强国,只能从源头抓起,去鼓励创意、实现创新、推动创造。

第二个问题,我们航天工程师所从事的这种创造活动,是属于哪一类呢?

对科学技术研究的分类基本范畴,我们把它分为三类,基础研究、应用研究和工程研究。

基础研究,比如数学、物理、化学等学科,每个人在基础教育阶段就开始学习它们,这是我们整个人类认知的基石。在这些领域,一旦有新的理论创造出来,那就是翻天覆地的变化,比如说相对论、量子力学 。

第二块,应用研究。比如说材料科学,隔一段时间就会出现一些新的明星材料,像石墨烯,用处太大了。

第三块,工程研究。这个领域通常是多学科交叉,讲求的是系统方法集成思维,比如fast天眼、火箭、宇宙飞船、嫦娥探测器、国际空间站。我们所做的工作就属于工程研究的范畴,它是数学、物理、材料、计算机控制等多个学科门类发生融合作用的地方。

iphone手机就是集成化设计的典范。这种集成效应,跟简单的一加一等于二不一样,我觉得它更像是太阳内部的核聚变反应。

在工程研究当中,航天科技无疑是网红之一,它常常被人冠以“首次”、“有史以来”以来等类似的称号和美誉。虽然头顶着这样的光环,但航天科技背后的困难程度超出普通人的想象。

创造意味着改变,而改变就要付出代价,甚至冒险、牺牲。而且,在创造面前,航天科技无疑是一个矛盾体——对于某种航天装备的研制和制造来说,一方面它是实实在在的创造行为,另一方面它要把安全性、可靠性摆在首位。安全可靠的重要性是不容置疑的,有时候甚至重要到必须牺牲设计的创新性来保证安全可靠。

这是一场艰难又巧妙的平衡,也是一道细小的狭缝。航天人对于这一点有深刻的理解。在微观上,看起来不允许有丝毫的创新去冒险,但在宏观上又要整合各方面的设计,使其自成一体,如果工程任务一旦成功,那么就已经是创举。

对于安全可靠性,我们有着近乎偏执的追求。比如说火箭的发射,它的基本技术可以说已经沿用了将近90年,虽然代价非常高昂,但是稳妥、放心。

直到颠覆者马斯克的到来,才在2015年第一次实现了真正意义上的火箭回收。

就在今年的4月12日,美国的猎鹰重型火箭实现了第一次成功的商业发射;同一天,以色列的创世纪号探测器登月失败。所以说,人类的航天科技发展,就好像是在一条悠长的峡谷中艰难穿行。

航天领域的创新尤为困难,不仅仅是因为它强调安全可靠的体制,还在于它鲜为人知的特殊要求——大多数的航天装备都要求体积小、质量轻、功耗低。

首先,因为火箭空间资源有限、发射成本高昂,一公斤载荷要几十万;另一方面,这些装备要修成正果,妥妥地在太空中去做各种实验,还得在地面上通过振动、力学、热学、耐压、辐照、电磁等一系列苛刻的实验,可以说是历经九九八十一关才能拿到上天的通行证。

这么多的限制和约束,也必然束缚了发挥创造和想象的空间。

但更要命的是时间不等人——每一个航天任务发射窗口,都有固定的计划,然后开始倒排时间。每一个月、每一天、每一周,我们这些工程人员都有任务,被安排得明明白白的,你在中途想要来个咖啡时间,进行一下奇思妙想?

不存在的。

要求安全可靠,

要求只能使用有限的资源条件,

要求要通过苛刻的试验考核,

要求只能在必须在规定的时间来完成……

这么多的条条框框,似乎与创造格格不入,也确实如此。所以,谨慎的思考之后,我的概括是:

在工程研究领域特别是航天科技,创造的本质是,是在限定的资源条件下,求取一个最优解。

这个求解过程是在人力、物力、财力、时间、环境限制下面进行技术集成,就像是一个算法,要利用你所有已知的条件,来解一个多元多次多组的方程。

第二个概括,这种类型的创造是可以随着时代的进步,来更新和升级你的最优解。比如著名的导演卡梅隆,他等了14年,直到3d特效技术完全成熟,才终于拍出了划时代的电影《阿凡达》。

技术在进步,时代在发展,原来那些限制条件可能会变得宽裕,这个时候你就可以来一次迭代,产生一个新的创造,使之成为一个系列。

任何领域的任何进步,都有方法论,创造也有方法论。创造力就是要前往无人之地,探索未知之境,那么要具备这样的能力呢,我有一句号称正确的废话:用正确的方法做正确的事情。

对于我们的工作中来说呢,创造的正确姿势是什么样子的呢?

第一件事,目标,要聚焦靶心所在。科学装置的目标是要完成实验,那么量化体现为各种技术指标,就好比一台电脑,芯片主频多快、内存多大、硬盘多少都有数据要求。

第二件事,分解。无论你这个系统多么复杂,都可以从功能上分成几大块,分而治之。

第三就是设计,这是整个创造性活动的核心环节。比如要设计某个科学装置,可能生活中就有与之类似的东西,寻找这种类似之物可能会对我们有一些借鉴的意义,但有时候可能会更糟,把你的思路带进沟里。

真正开始设计时,我们一边着眼于目标,一边细算着各种限制条件,然后工程设计人员就开始烧脑,要用毕生所学的洪荒之力:物理、数学、材料、工程各种知识,一点一点地构思,开始艰难的虚拟的搭建,改个几十稿都是常有的事儿。还要用到计算机的仿真,不断地去完善、迭代、整合,最后在人脑和电脑的共同作用下完成。到这一步,虽然这个实物还没有成型,但所谓的“创造”已经诞生。

第四件事,制造。把设计图纸的东西生产制造出来,也就是原型机。

第五件事,验证。按照那些目标的各种要求,正儿八经地跑上几圈试验测试,拿到第一手的数据。

第六件事,迭代,基于数据做出改进。这就是要把前面的第三步到第五步再循环,直到全部成功。这其实是第三步创造的再创造,难度更大,为什么这么说呢?到了这一步,我们的创造已经固化在一个框架内,有时候一个小小改变可能是进步,也可能是深渊。

第七件事,实验。到此刻为止,我们整个已经历经了千辛万苦走到这里,地面的工作也取得了可喜的进展,但是还没有到值得庆贺之时。因为对于航天产品最终极的考验,在太空之上。

这个过程似曾相识,很多产品的设计,它的基本原理步骤也基本相通。创造力,常常就源于最底层的思考,就隐藏在那些司空见惯的地方,就在那拐弯抹角的地方。

举个例子,我们在研制天宫二号综合材料实验装置的时候,原型机在经历火箭振动级别的发射实验后,有18只测量温度的元件出现了不同程度的破损,导致温度信号测量不出来。

这对科学实验是致命的失败,我们就这样困在第六步,没法前进。没有类似的技术,不能使用常规的防护,尝试过各种设计都出现了新的问题。这个时候的我们,为了真正的思考,愿意付出一切代价。

任务已进入倒计时,我们还陷在这个迷局当中动弹不得。有时候我甚至会想起丘吉尔的《至暗时刻》,我们那时几乎就要宣布放弃——好在,我们在一个交叉学科的一个角落里得到了启发,实现了对这种元件的可靠的强化设计,解决了这个问题。

像这样的经历还有很多次,幸运的是,一个又一个难关我们都挺过来了。每次回想这些难忘的经历,总会不经意的饱含热泪。

我常对自己说,鬼才知道我们经历过什么!

有时候就算你做好了充分的准备,问题还是接踵而至,那些看似不可能破解的技术谜题,一个接着一个,要把我们逼到那个死角,要把我们打倒在地。我们唯一所能做的,就是怀揣着一束希望的微光,左冲右突,迎击它们。

而现在,站在高处蓦然回首,才发现解决这些困难、实现未有之事,这正是创造者的价值所在。

今天,天宫2号还翱翔在天际,我们的科学装置早已完成了它的使命,说实话还真的有些想念它。从2016年到现在,它围绕着地球已经飞行了整整将近6亿公里,相当于从地球到太阳两个来回,也许就在今年,它就会从太空中返回,在大气层烧成灰烬。

凝聚了那么多人的心血和创造力的产物,也终将逝去,烟消云散。

这听起来有一点伤感,但我们感觉还好。在制造它的时候,我们也给它造了个“弟弟”,还留在地球上,有个念想;另一个原因是下一代的创造已经开始——中国的载人空间站即将在2022年前后建成。我们对天宫二号综合材料实验装置进行了全新的升级设计,在空间站上要开展实验的这套系统名叫高温材料科学实验柜。

我们希望能够在太空中建成材料科学实验室,把它打造成“太上老君的炼丹房”,它也将是材料科学家最原创的创新诞生之地。

从万户飞天到火箭,从纸飞机到宇宙飞船空间站,从结绳记事到计算机以及各种各样精密复杂的科学仪器,人类其实一直在做“更高、更强、更好、更快”的创造。

诺贝尔奖获得者薛定谔写过一本书,叫《生命是什么》。他在书中把生命的基因突变和原子的量子能级跃迁联系了起来。而在我看来,创造正是某种跃迁,某种突变行为,从一种状态到达另一种崭新的状态,变者生存。

所以,从这个角度来看,人的创造、生命的遗传、最小的原子,这三者竟然有着如此精妙的联系。

最后,关于创造力,我有三个开放式的问题,想跟大家一起探讨思考。

1. 制造和创造到底哪个更有价值?

2. 创造意味着改变,那么如何去界定,这种创造是建设性的还是破坏性的?

3. 到了我们现代社会,创造是变得更难,还是更容易?

演讲最后,有一句话送给大家:

编辑:李莹

校对:其奇

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