在航天領域搞創新，我常對自己說，鬼才知道我們經歷過什麼！

造就第419位講者艾飛

中國科學院上海硅酸鹽研究所

空間材料科學與實驗技術課題組長

中國科學院太空製造技術重點實驗室副主任

我是一名科技工作者，一名工程師，從1999年開始到現在，一干就是20年。

多年以來，我和我的團隊為中國的神舟號飛船、實踐10號衛星、天宮2號空間實驗室，建造了多種多樣的材料科學實驗裝置。

現在，我們正在緊鑼密鼓地為中國的載人空間站設計更為精密、也更為複雜的科學設備。

未來有一天，在太空中我們將會建成材料科學實驗室，這是為了能夠長久地探尋和研究材料科學千變萬化的深層奧秘。

航天工程的創造力本質

今天我來到這裡，來探討一個非常宏大的命題：創造力。

到底何為創造力，各種詞典的解釋不盡相同。我做了歸納，一個基本的解釋是，創造是指首先想出，或做出前所未有的事物；創造力是指產生新思想，發現和創造新事物的能力，是人類特有的一種綜合性本領。

人類終究是好奇又善變的種族，生生不息，探索不止。上個世紀興起的航天科技，可以說是這種探究和創造精神典型代表。

發展航天科技有個最基本的邏輯：我們從一開始就不能安於現狀，我們無法永遠睡在地球這個搖籃之中，要去冒險、要去發現。要徹底擺脫我們整個物種的宿命，就必須走向茫茫的未知宇宙，直到有一天我們能夠創造出一個全然不同的嶄新世界。

做你從未做過的事情，這就是創造的全部要義。那在我的工作中，究竟什麼是創造呢？

首先，我想要討論下創造和製造的區別：

一般來說，製造是按照既有的方法或者技術，用現有的原材料、工具、設備，依據圖紙、定型化的設計程序等來進行生產的活動。通常它是批量化、規模化的。

製造的發端起源於創造。而一項好的創造，想要最終惠及普羅大眾，就需要落腳在製造上。我們中國現在是世界公認的製造大國，但要變成世界級的製造強國，只能從源頭抓起，去鼓勵創意、實現創新、推動創造。

第二個問題，我們航天工程師所從事的這種創造活動，是屬於哪一類呢？

對科學技術研究的分類基本範疇，我們把它分為三類，基礎研究、應用研究和工程研究。

基礎研究，比如數學、物理、化學等學科，每個人在基礎教育階段就開始學習它們，這是我們整個人類認知的基石。在這些領域，一旦有新的理論創造出來，那就是翻天覆地的變化，比如說相對論、量子力學 。

第二塊，應用研究。比如說材料科學，隔一段時間就會出現一些新的明星材料，像石墨烯，用處太大了。

第三塊，工程研究。這個領域通常是多學科交叉，講求的是系統方法集成思維，比如FAST天眼、火箭、宇宙飛船、嫦娥探測器、國際空間站。我們所做的工作就屬於工程研究的範疇，它是數學、物理、材料、計算機控制等多個學科門類發生融合作用的地方。

iPhone手機就是集成化設計的典範。這種集成效應，跟簡單的一加一等於二不一樣，我覺得它更像是太陽內部的核聚變反應。

在工程研究當中，航天科技無疑是網紅之一，它常常被人冠以「首次」、「有史以來」以來等類似的稱號和美譽。雖然頭頂著這樣的光環，但航天科技背後的困難程度超出普通人的想像。

創造意味著改變，而改變就要付出代價，甚至冒險、犧牲。而且，在創造面前，航天科技無疑是一個矛盾體——對於某種航天裝備的研製和製造來說，一方面它是實實在在的創造行為，另一方面它要把安全性、可靠性擺在首位。安全可靠的重要性是不容置疑的，有時候甚至重要到必須犧牲設計的創新性來保證安全可靠。

這是一場艱難又巧妙的平衡，也是一道細小的狹縫。航天人對於這一點有深刻的理解。在微觀上，看起來不允許有絲毫的創新去冒險，但在宏觀上又要整合各方面的設計，使其自成一體，如果工程任務一旦成功，那麼就已經是創舉。

對於安全可靠性，我們有著近乎偏執的追求。比如說火箭的發射，它的基本技術可以說已經沿用了將近90年，雖然代價非常高昂，但是穩妥、放心。

直到顛覆者馬斯克的到來，才在2015年第一次實現了真正意義上的火箭回收。

就在今年的4月12日，美國的獵鷹重型火箭實現了第一次成功的商業發射；同一天，以色列的創世紀號探測器登月失敗。所以說，人類的航天科技發展，就好像是在一條悠長的峽谷中艱難穿行。

航天領域的創新尤為困難，不僅僅是因為它強調安全可靠的體制，還在於它鮮為人知的特殊要求——大多數的航天裝備都要求體積小、質量輕、功耗低。

首先，因為火箭空間資源有限、發射成本高昂，一公斤載荷要幾十萬；另一方面，這些裝備要修成正果，妥妥地在太空中去做各種實驗，還得在地面上通過振動、力學、熱學、耐壓、輻照、電磁等一系列苛刻的實驗，可以說是歷經九九八十一關才能拿到上天的通行證。

這麼多的限制和約束，也必然束縛了發揮創造和想像的空間。

但更要命的是時間不等人——每一個航天任務發射窗口，都有固定的計劃，然後開始倒排時間。每一個月、每一天、每一周，我們這些工程人員都有任務，被安排得明明白白的，你在中途想要來個咖啡時間，進行一下奇思妙想？

不存在的。

要求安全可靠，

要求只能使用有限的資源條件，

要求要通過苛刻的試驗考核，

要求只能在必須在規定的時間來完成……

這麼多的條條框框，似乎與創造格格不入，也確實如此。所以，謹慎的思考之後，我的概括是：

在工程研究領域特別是航天科技，創造的本質是，是在限定的資源條件下，求取一個最優解。

這個求解過程是在人力、物力、財力、時間、環境限制下面進行技術集成，就像是一個演算法，要利用你所有已知的條件，來解一個多元多次多組的方程。

第二個概括，這種類型的創造是可以隨著時代的進步，來更新和升級你的最優解。比如著名的導演卡梅隆，他等了14年，直到3D特效技術完全成熟，才終於拍出了劃時代的電影《阿凡達》。

技術在進步，時代在發展，原來那些限制條件可能會變得寬裕，這個時候你就可以來一次迭代，產生一個新的創造，使之成為一個系列。

創造力方法論

任何領域的任何進步，都有方法論，創造也有方法論。創造力就是要前往無人之地，探索未知之境，那麼要具備這樣的能力呢，我有一句號稱正確的廢話：用正確的方法做正確的事情。

對於我們的工作中來說呢，創造的正確姿勢是什麼樣子的呢？

第一件事，目標，要聚焦靶心所在。科學裝置的目標是要完成實驗，那麼量化體現為各種技術指標，就好比一台電腦，晶元主頻多快、內存多大、硬碟多少都有數據要求。

第二件事，分解。無論你這個系統多麼複雜，都可以從功能上分成幾大塊，分而治之。

第三就是設計，這是整個創造性活動的核心環節。比如要設計某個科學裝置，可能生活中就有與之類似的東西，尋找這種類似之物可能會對我們有一些借鑒的意義，但有時候可能會更糟，把你的思路帶進溝里。

真正開始設計時，我們一邊著眼於目標，一邊細算著各種限制條件，然後工程設計人員就開始燒腦，要用畢生所學的洪荒之力：物理、數學、材料、工程各種知識，一點一點地構思，開始艱難的虛擬的搭建，改個幾十稿都是常有的事兒。還要用到計算機的模擬，不斷地去完善、迭代、整合，最後在人腦和電腦的共同作用下完成。到這一步，雖然這個實物還沒有成型，但所謂的「創造」已經誕生。

第四件事，製造。把設計圖紙的東西生產製造出來，也就是原型機。

第五件事，驗證。按照那些目標的各種要求，正兒八經地跑上幾圈試驗測試，拿到第一手的數據。

第六件事，迭代，基於數據做出改進。這就是要把前面的第三步到第五步再循環，直到全部成功。這其實是第三步創造的再創造，難度更大，為什麼這麼說呢？到了這一步，我們的創造已經固化在一個框架內，有時候一個小小改變可能是進步，也可能是深淵。

第七件事，實驗。到此刻為止，我們整個已經歷經了千辛萬苦走到這裡，地面的工作也取得了可喜的進展，但是還沒有到值得慶賀之時。因為對於航天產品最終極的考驗，在太空之上。

這個過程似曾相識，很多產品的設計，它的基本原理步驟也基本相通。創造力，常常就源於最底層的思考，就隱藏在那些司空見慣的地方，就在那拐彎抹角的地方。

舉個例子，我們在研製天宮二號綜合材料實驗裝置的時候，原型機在經歷火箭振動級別的發射實驗後，有18隻測量溫度的元件出現了不同程度的破損，導致溫度信號測量不出來。

這對科學實驗是致命的失敗，我們就這樣困在第六步，沒法前進。沒有類似的技術，不能使用常規的防護，嘗試過各種設計都出現了新的問題。這個時候的我們，為了真正的思考，願意付出一切代價。

任務已進入倒計時，我們還陷在這個迷局當中動彈不得。有時候我甚至會想起丘吉爾的《至暗時刻》，我們那時幾乎就要宣布放棄——好在，我們在一個交叉學科的一個角落裡得到了啟發，實現了對這種元件的可靠的強化設計，解決了這個問題。

像這樣的經歷還有很多次，幸運的是，一個又一個難關我們都挺過來了。每次回想這些難忘的經歷，總會不經意的飽含熱淚。

我常對自己說，鬼才知道我們經歷過什麼！

有時候就算你做好了充分的準備，問題還是接踵而至，那些看似不可能破解的技術謎題，一個接著一個，要把我們逼到那個死角，要把我們打倒在地。我們唯一所能做的，就是懷揣著一束希望的微光，左衝右突，迎擊它們。

而現在，站在高處驀然回首，才發現解決這些困難、實現未有之事，這正是創造者的價值所在。

變者生存

今天，天宮2號還翱翔在天際，我們的科學裝置早已完成了它的使命，說實話還真的有些想念它。從2016年到現在，它圍繞著地球已經飛行了整整將近6億公里，相當於從地球到太陽兩個來回，也許就在今年，它就會從太空中返回，在大氣層燒成灰燼。

凝聚了那麼多人的心血和創造力的產物，也終將逝去，煙消雲散。

這聽起來有一點傷感，但我們感覺還好。在製造它的時候，我們也給它造了個「弟弟」，還留在地球上，有個念想；另一個原因是下一代的創造已經開始——中國的載人空間站即將在2022年前後建成。我們對天宮二號綜合材料實驗裝置進行了全新的升級設計，在空間站上要開展實驗的這套系統名叫高溫材料科學實驗櫃。

我們希望能夠在太空中建成材料科學實驗室，把它打造成「太上老君的煉丹房」，它也將是材料科學家最原創的創新誕生之地。

從萬戶飛天到火箭，從紙飛機到宇宙飛船空間站，從結繩記事到計算機以及各種各樣精密複雜的科學儀器，人類其實一直在做「更高、更強、更好、更快」的創造。

諾貝爾獎獲得者薛定諤寫過一本書，叫《生命是什麼》。他在書中把生命的基因突變和原子的量子能級躍遷聯繫了起來。而在我看來，創造正是某種躍遷，某種突變行為，從一種狀態到達另一種嶄新的狀態，變者生存。

所以，從這個角度來看，人的創造、生命的遺傳、最小的原子，這三者竟然有著如此精妙的聯繫。

最後，關於創造力，我有三個開放式的問題，想跟大家一起探討思考。

1. 製造和創造到底哪個更有價值？

2. 創造意味著改變，那麼如何去界定，這種創造是建設性的還是破壞性的？

3. 到了我們現代社會，創造是變得更難，還是更容易？

演講最後，有一句話送給大家：

如果你覺得我所說的內容言之有理的話，

那麼我就徹底失敗了。

——《2001太空漫遊》作者、科幻作家亞瑟·克拉克

文字 | 李瑩；校對 | 其奇

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