从航天科技说起：创造的本质是什么？

造就第419位讲者 艾飞

中国科学院上海硅酸盐研究所

空间材料科学与实验技术课题组长

中国科学院太空制造技术重点实验室副主任

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。

航天工程的创造力本质

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。

第一，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，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，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。

创造力方法论

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，那么如何具备这样的能力呢，我有一句正确的废话：用正确的方法做正确的事情。

对于我们的工作来说，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。

第三件事，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，总会不经意地饱含热泪。

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。

变者生存

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：

如果你觉得我所说的内容言之有理的话，那么我就彻底失败了。——《2001太空漫游》作者、科幻作家亚瑟·克拉克