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创新是一种态度 ——国外国防航天领域的成功创新案例与机制探讨

时间:2017年07月07日 信息来源:卫星与网络 点击: 【字体:

以下整理自作者刘雨菲(航天加工程技术研究院常务副院长)在中国运载火箭研究院研发中心所做的报告



一说对标国外创新,大家都会直接讨论国际知名宇航企业的创新机制,包括波音、洛马和太空探索技术公司。但是这次本文打算换个模式来阐述,也许,能有不同的各种启发。


创新带来颠覆


要重视原始性创新


谈到创新,宇航科研机构的研发负责人,想必都知道洛马公司的臭鼬工程队,也就是预先研究发展项目部。他们曾经先后开发了U-2、SR-71、F-117、X-35等各种里程碑式的航空飞机型号。还有波音公司鬼怪工程部,也是一个非常有灵活性、创新思维和创造力的团队。


但笔者在这里要强调的是:真正的创新,或者来源于真正的需求,或者来源于基础理论的突破。在火箭领域,无论波音、洛马还是伊隆•马斯克,迄今为止,他们还在沿着罗伯特·哥达德、赫尔曼·奥博特、冯·布劳恩等先驱开创的道路前进。他们所设计的火箭,是在工程上不断完善和优化先驱们的设想。


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航天界大多数人所做的,也是同样的事情。一个典型案例:火箭鼻祖V2火箭。它是由冯·布劳恩博士领导研制的,我们现在看到的全球所有火箭型号,包括我国的全部火箭型号,可以说都是基于它发展出来的。


真正意义上的创新,是没有模式或者机制的。


我早年采访科技部徐冠华部长,他把创新活动分成三大类,分别是原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。他最重视的是原始创新。

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徐部长是这样解释的:“原始性创新意味着在研究开发方面,特别是在基础研究和高技术研究领域做出前人所没有的发现或发明,从而推出创新的成果。它不是延长一个创新周期,而是开辟新的创新周期和掀起新的创新高潮。”


原始创新对具体单位来说,所带来的是剧烈转型,是翻天覆地的革命。引领创新,就可以革别人的命,尾随创新,就要被别人革命。有一个说法叫做:“互联网时代最可怕的噩梦是什么?就是有一天早上醒来,你工作的行业消失了。”


在国防高科技领域,创新所带来的冲击,是颠覆性的。机关枪的普遍采用,使骑马的骑兵彻底消失了,取而代之的是坦克;航空母舰的出现,让装满了重炮的战列舰消失了,取而代之的是航空母舰战斗群。


侦察卫星的出现,让美国人再也不需要派侦察机进入苏联或者中国的领空,不会重演U-2被击落的丑剧;末敏弹的出现,使炮兵可以轻松击毁大量坦克,让大规模坦克突击成为了历史。


因此,真正的创新,是一种文化和一种态度,是对颠覆的欢迎,是主动发起颠覆。


创新不等于研发,研发的目标是阶段性的,要在某个给定的时间内,把基础科学的成果工程化,在可预见的未来,满足人类的阶段性需求。


而创新来自人类各种永恒的追求。老干妈辣酱的出现,是为了满足人类对于舌尖享受的追求;互联网和智能手机的出现,是为了满足人类获取和使用信息的追求;火箭技术的出现,是为了满足人类飞得更高、更远、更快的追求;载人航天技术的出现,是为了满足人类探索未知世界的追求。


但是如果人类对于基础科学有新的突破,或许会彻底颠覆辣酱、火箭和飞船。但对应的追求,依然存在。


那么,我们要准备的,就是面对颠覆。


直升飞机设计师米里的案例


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我们在前面说到,创新来自于人类永恒的追求。在不同的历史阶段,永恒的追求表现为各种现实需求。然而很多时候,客户无法认识到自己的现实需求是什么。从中我们可以明白,创新的具体落实是:消费引导需求创造。也就是说,需求是创造的。


而这样的创新责任,就落到了供应商的身上:如何创造需求?引导需求?


这里,我们给出一个案例:国防科研单位想必都对苏联的创新能力有所了解。虽然苏联在冷战中失败了,但是他们在工程技术上的创新能力,在航空航天领域的屡次突破,是有目共睹的。其中的重点是,一些苏联科学家对于需求的认识,是走在用户前面的。这与乔布斯有着异曲同工之妙。


我们在这里要列举一位航空领域的领军人物—米哈伊尔·列昂季耶维奇·米里。很多人或许没有关心过这位跨界的巨匠,但是他的成就直接影响着我们:每次神舟飞船返回地面,军方都会派出大批米-171直升飞机负责搜索和救援,这种直升飞机就是他的作品。

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早在上世纪50年代,米里就组建了自己的设计局,来设计和生产直升飞机。随着技术的成熟,加上美国、法国的实战案例影响,米里开始考虑设计武装直升机。


但他的客户完全不认可,当时担任苏联国防部长的马利诺夫斯基元帅更喜欢坦克。而且1961年5月17日的时候,马利诺夫斯基元帅的好朋友、苏联陆军训练总监科尔帕契大将在直升机事故中身亡。这时候,米里怎么办?

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他不是简单地去游说上层,而是分析客户的需求来创新:从俄罗斯到苏联,陆军的永恒追求,就是用庞大的部队迅猛突击,迅速打败对手。从前,这个任务靠哥萨克骑兵来完成。进入机械化时代,这个任务就交给坦克了。米里想,客户你不是喜欢坦克集群突击吗?那我就让坦克飞起来给你看!

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于是米里为苏联陆军设计了一套完整的、基于直升飞机的战术思想和军事理论,还设想了一整套“飞行战车”的架构,有“飞行坦克”(后来的米-28)、“飞行步兵战车”(米-24)、“飞行装甲运输车”(米-8和米-6),打造真正的“飞行陆军”。直升飞机比坦克更快、火力更猛,更符合陆军的永恒追求。米里就这样完成了创新。


就在米里陆续提出这些概念的时候,马利诺夫斯基元帅在1967年去世了,格列奇科元帅接管了国防部。


当年,格列奇科元帅曾专门为米里召开了一次多方代表会议,让米里向各方代表阐述自己的直升机构想。这次会议上发生了激烈的争论,很多传统思维的将领对米里提出了很多尖锐的问题,但是米里对答如流,而且发表了对许多军事问题的见解。最后,这位伟大的设计师说服了用户。上文中所提到的几个型号,最后都研制出来并且大量生产。


米里的直升机在后来的阿富汗战争和俄罗斯内战中发挥了重要的作用。可以说如果没有直升飞机,苏联或者俄罗斯军队的很多仗都是没法打的。


除了打仗之外,他留下的遗产,至今还让人们受益。米-8后来发展成为米-171,也就是用来搜救神舟飞船的那一种。而在米-6基础上,发展出了米-26。米-26在汶川地震的堰塞湖抢险当中,发挥了决定性的作用。当时山路已经中断,部队背着大量的炸药上去,做好了人力爆破的准备,当然这样风险很大。但是米-26把大批重型工程机械空运到抢险工地上,保证了最优施工方案能够实现。

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所以,创新者要善于发现客户最本质的需求,勇于颠覆客户的惯性思维,拿出人们无法拒绝的解决方案来。毕竟,需求是无限的,人们也许自己都不清楚自己还会有什么需求。但,同时,别忘了,偏偏人们还很喜欢猎奇,喜欢新生事物。这就是需求创造的无限空间。


要发现和重用创新人才


凯利·约翰逊


创新的主体是人。一个企业能否拥有创新人才、重用创新人才,是能否创新的根本。如果要细分创新的机制,那么用人机制要排在第一位。前文说到了洛马公司的“臭鼬工程队”,它的创始人是著名的飞机设计师凯利·约翰逊。

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那么,从国防高技术角度来观察,凯利·约翰逊这位创新人才有哪些特质?


1


热爱祖国


凯利·约翰逊一生为美国研制了大量成功型号,其中很多具有战略意义。美国参议员山姆·纽恩称他是“真正独一无二的国家栋梁”。


2


热爱自己的专业


凯利·约翰逊于1910年2月27日出生在美国密歇根州,他喜欢到图书馆阅读书籍,一本名为《汤姆·斯威夫特历险记》的小说令他对航空飞行的兴趣大增,开始对飞行着迷,从此终生未改。


3


忠诚于自己的企业


1932年,凯利·约翰逊到加利福尼亚州洛克希德公司求职。当时洛克希德公司的董事会刚刚重建,答复是没有职位空缺,但希望他明年再来。于是凯利·约翰逊回到密歇根大学继续学习并获得航空工程学硕士学位。1933年,凯利·约翰逊正式进入洛克希德公司,终身没有跳过槽。


4


有高度的学术水平


——这是必要条件。


5


精明而善于商业营销


考上密歇根大学后,凯利·约翰逊钻研起了飞机风洞,和另一位同学利用风洞做赛车生意,这段经历不仅锻炼了他的飞机设计才能,而且培养了商业营销能力。


凯利·约翰逊能准确地预知顾客的需求,还能主动地先发制人,赢取机会。1952年11月,他主动向美国空军司令D.T.帕特递交了一份研制F-104战斗机的计划报告。在报告中,凯利·约翰逊通过对朝鲜战争中空战的深入了解,精准地分析了美国空军需要什么样的战斗机,具有很强的针对性。帕特对报告很感兴趣,不久美国空军就提出了一份空中作战综合需求,其中关键性能就是要求战斗机获得超声速飞行能力。后来,美国空军大量采购了F-104,还出口到很多国家和地区,包括台湾。


6


雷厉风行

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1939年,洛克希德公司提议将自己设计的14号民航机根据英国的需要改造成轰炸机。英国皇家空军司令A.T.哈里斯在见面会上拒绝了洛克希德公司的提案,只肯定了其中几个小细节,但凯利·约翰逊和希尔巴德火速于一天后向他展示了方案的木质模型,并一一回答了他的质疑。这种高效的行事风格使哈里斯改变了初衷,订购首批200架由14号民航机改装而成的哈得逊轰炸机,这样,洛克希德公司第一次跨入军用飞机生产商行列。


7


敢于颠覆

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1953年,美国空军邀请了贝尔、费尔柴尔德和马丁3家公司参与了侦察飞机的研制竞标。1954年,贝尔公司在竞标中胜出。尽管没有接到美国空军的招标书,但从1953年开始,凯利·约翰逊就着手研制高空侦察飞机。凯利·约翰逊将他的想法直接向官方最高层进行了报告。凯利·约翰逊的名气使得军方对原先的竞标方案不得不三思而后行。美国中央情报局和空军火速碰头会晤,在对CL-282评估后要求凯利·约翰逊进行修改。这就是后来的U-2。1955年8月1日,U-2首飞。1956年7月4日,U-2开始侦察苏联,获得了大量情报。它的最新改进型依然在服役,比设计师本人活得更久。


要敢于管理创新


马斯克发挥了什么作用


谈创新,当然,我们绕不开伊隆•马斯克。 

马斯克与其他创业者相比最大的不同,就是他能够同时身兼CEO和CTO两个岗位。在我们看来,SpaceX的创新,更多的是管理创新。


马斯克的管理创新,首先体现在组建人才队伍上。他到各大院校、波音公司等大企业,甚至NASA去挖墙脚,组建起SpaceX“杂牌军”。包括前TRW公司副总裁汤姆·穆勒、波音公司“德尔他”火箭测试主管蒂姆·布萨。此外,马斯克从“死对头”联合发射联盟公司、劳拉空间系统公司和宝马公司等大企业里也挖来了很多经验丰富的员工。

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在这些人看来,马斯克的卖点是“做实际工作的自由——造火箭”。这其中的理由很简单,SpaceX的事情,马斯克说了算,不需要经过NASA、国防部、白宫、国会等机构的层层审批和审查。不需要“成天开会,设备批条一等数个月,搞办公室政治”。


一位曾在TRW工作的工程师说,他曾经“消耗在明知没有前途的项目上,精神都被拖垮,现在来到SpaceX终于摆脱了无聊”。一位来自NASA的工程师则回忆:在NASA,几年时间耗在一个小研究上,却根本不知道火箭造到了哪一步;而在SpaceX,马斯克每周五向大家汇报火箭进度,“感到在参与人类的历史进程”。另外,这些专业人士对于火箭研制的技术流程烂熟于心,可以极大地压缩某些环节,把主要资源放在研发上。


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从技术角度说,SpaceX有什么重大的创新吗?他所采用的技术,有哪一件是前所未有的吗?没有,他只是比传统航天企业更快、更大胆地使用新技术和新设想,更充分地利用美国传统航天企业积累起来的技术成果和技术人才。


换言之,马斯克更敢于冒险,而且他本人拥有每一项重大的决策权。


常设性创新机制的案例


JPL的“A队”


天才可遇不可求,但创新不能停步。所以国内外都对创新机制进行了深刻的研究。我们国家的航天科研生产体制,和美国有着很大的区别。特别是我们没有一个类似于NASA的机构。

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实际上,包括各个传统研究院在内的航天国家队,在很大程度上要承担NASA研究中心的职责。既然如此,我们就考察一下NASA的创新机制。


因为篇幅有限,很难对这个领域做全景式的描述。所以我们只给出喷气推进实验室(简称JPL)的一种机制。另外提一下,钱学森不但是中国航天的创始人之一,也是JPL的创始人之一。JPL的创新机制里,也有钱老的智慧。希望本节的介绍,能为大家带来具有操作性的参考。


长期以来,JPL一直运行着一个叫做“创新熔炉”的体系。在2013年,为了进一步发挥“创新熔炉”的效能,JPL在“创新熔炉”体系下建立了所谓的“A组”架构。A组最特别的任务,就是把忽然闪现的灵感真正变成有意义的任务构想。


JPL把这种忽然闪现的灵感叫做“鸡尾酒纸巾上的想法”,因为这种纸巾比较大也比较硬,突然有灵感的时候,可以拿这种纸巾记下来。


“A组”的研究特点,是不限定研究的起点、不限制研究人员的身份。


1、举例来说,如果是一名领域研究人员,他正打算争取一个任务立项,或者探寻是不是有其他任务概念可以达成自己的科学目标。他可以在“A组”架构内提出这样的问题:


在我本人的学科领域内,可以发起什么样的创新任务概念?我的科学目标可以通过哪些不同的途径来实现?怎样才能更便宜?我的基线(一组体系化的基本要求)或者说门槛科学需求是什么?如果缩小目标,会造成什么影响?有什么可用的新技术可以成为这个科学目标的使能技术?


2、如果是一名技术研发人员,可以提出:


我正在开发一项新技术,我想寻找一项系统级应用,或是任务概念,或是潜在的出资人来推动进一步研发。我的技术可以使能哪些任务概念?我满足哪些系统级需求,才能让这项技术更加具有吸引力?我应该向谁寻求进一步开发的机会?


3、如果是一名项目办公室的管理人员,可以提出:


我现在有一项远景任务的开发机会,我需要切实可行的新创意。


我需要A组来探索科学上的优先项目和跨领域技术能力,为我确认需要进一步投资的使能技术,并且评估不同任务概念的可行性。


只要把上述提到的这些研究人员、技术人员、管理人员的想法,提供给JPL的“创新熔炉”机制或者任务系统概念研究部,就可以立刻进入程序。


首先确定有关研究应该由JPL的哪个办公室或者NASA的哪个部门出资。然后由发起人、出资部门和“创新熔炉”管理办公室召开会议,研究相关背景、目标、目的、团队、时间框架、报告内容、经费需求,并且指定研究负责人。在这个过程中,JPL自己的知识库是向研究者完全开放的。


然后给出研究计划,包括研究人员名单、研究方法、进度、预算、最终报告要求,由出资部门代表、研究者代表、“A组”项目经理和负责人共同审查通过。上述过程大概需要1-2周。


研究计划批准之后,把研究内容细分成多个子课题,每个子课题由一个小组来完成。这个阶段的研究最多不超过4周。


之后是正式研究阶段。在这个阶段,根据需要,由研究负责人和出资部门代表组织审查、协调和调整,大的调整要报出资部门有关负责人批准。正式研究持续2-3个月。形成最终报告后,交给“A组”负责人审查。


“A组”工作完成之后,移交给“X组”,来进行更加具体的任务设计。


我们可以看到这些图片,这是JPL的一个专用的会议室,叫做“非主流空间”,这是一个追求思维自由的地方。研究者们就是在这里发起头脑风暴,用简单的工具和材料拼成宇航任务的概念。“创新熔炉”里本身有一些分析工具和方法库,以及其他素材,可以为“非主流空间”的探讨提供支撑。


总体来说,“A组”主要负责以下四个方面的工作:关注科学研究、生成任务概念、可行性研究、探索分布空间。具体到分析工具,“A组”一般采用“凤凰建模中心”软件来实现分布空间分析,用EXCEL来做成本分析。


上图是一个从灵感到型号的案例。这是美国的土壤湿度主被动探测卫星,于2015年1月发射升空。


结论


综上所述,创新的主要问题在于是不是“敢想敢为”;创新的主要资源是具有创新能力、善于经营的人才;创新的主要保证是支持创新、敢承担风险的领导层;创新机制的基本原则在于开放、跨学科,推动思维碰撞;创新机制的主要目标在于发现需求和捕捉需求;创新引导研发;国防科技创新的源泉是对国家安全的责任感。


(作者:刘雨菲 航天加工程技术研究院常务副院长)
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