## 《像火箭科学家一样思考》1：探险的事业

今天开始我们来讲一本4月14号出版的新书，《像火箭科学家一样思考》（Think Like a Rocket Scientist：Simple Strategies You Can Use to Make Giant Leaps in Work and Life），作者是奥赞·瓦罗尔（Ozan Varol）。

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这个瓦罗尔是个八零后，号称曾经是个火箭科学家，但他其实是路易斯克拉克法学院的教授。

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瓦罗尔出生于土耳其，是个聪明孩子，高中自学了编程和天文学，17岁被美国康奈尔大学录取。到康奈尔正好赶上 NASA 要发射机遇号和勇气号两个火星探测器，康奈尔大学的一个教授参加了这个项目。瓦罗尔就找到教授毛遂自荐，想要当助理，教授一看他编程水平不错就收了，结果瓦罗尔等于是刚上大学就成了“火箭科学家”。

而且瓦罗尔真的做出了贡献，他做了一些编程工作，甚至还参与了选择着陆地点……不过也就是这些。瓦罗尔大学毕业后改学了法学，在美国联邦第九巡回上诉法院工作过两年，然后回到学术界成为一名法学教授。不过瓦罗尔的研究兴趣还不是一般的法学，而是政治：他出的第一本书的主题是专制国家能不能通过军事政变变成民主国家……

所以瓦罗尔是一个通才。这本书也是旁征博引，讲了很多科学和商业的例子，有些是我们专栏读者所熟悉的。我最感兴趣的还是书中跟航天有关的部分。

瓦罗尔没做过多少航天的事儿但是他采访了很多一线的航天人，提供了内部的视角。更好的是这本书并不是专讲 NASA 那些老一代航天故事，它提供了最新的案例，特别是像埃隆·马斯克的 SpaceX 的故事。

这本书不是教你怎么造火箭，而是让你借鉴火箭科学家的思维方式。

这一讲咱们说探险。

一提起中国航天，我们想到的第一个词是“万无一失”。我们总爱说航天要精准要精心要确保成功。你看航天发射的现场直播，指挥室都是“火箭飞行正常”、“长江三号跟踪正常”、“一级火箭分离正常”，反正都正常。你感觉一切都在掌握之中，指挥室里每个人都自信满满，好像已经演习过很多遍。特别是天宫2号空间实验室对接成功之后，航天员还要在里面打个太极拳，真是闲庭信步。

难道说航天是个走流程的业务吗？做对了就是你有奉献精神观众深表赞叹和感动，一旦出问题就是你工作不尽责，请问这样的工作有啥意思呢？

其实我们看到的只是表面，真实的航天，是个探险的事业。

近年以来 NASA 的主要探测兴趣是在像火星、木星、冥王星这种深空探测，不载人，但是往外走。大部分深空探测任务的指挥中心都是在加州的“喷气推进实验室”，就位于好莱坞旁边。每当发射的时候指挥中心里也是坐满了科学家，也给人一种尽在掌握的感觉。

但是，瓦罗尔说，这些人并没有尽在掌握。他们缺乏控制感到了什么程度呢？已经到了迷信的程度。

有些人穿着上次发射成功时候穿过的“幸运服装”，有的还带着护身符，特别是其中一定有人在吃花生。为啥呢？1960年代发射月球探测器，连续六次都失败了，第七次终于成功，而当时正好有人吃花生……从此之后发射时候在指挥中心吃花生就成了美国航天界的光荣传统。

为什么如此没有控制感呢？因为一旦把火箭发射出去，你能做的就很有限了。

用火星到地球的距离除以光速，一个信号要走12分钟才能从火星传输到地球。就算你接到信号马上就发出指令，往返也得24分钟。可是探测器从进入火星大气层边缘到着陆，总共才 6 分钟。这也就是说不管在着陆过程中发生什么问题，你都没有办法干预。能编程的已经事先编程了，剩下的就是听天由命。

地面指挥中心的人并不像是教练在指挥场上的运动员踢球。他们更像是解说员，只能评论而已。

那你说我们就好好编程，把所有情况都考虑到呗？你考虑不到。

就比如说 2003 年发射的机遇号和勇气号这两个火星探测器，之前你肯定要精心选择着陆地点。火星上也有人造卫星观察地形地貌，但是你只能看个大概。真正着陆之后一看，你之前的设想简直是全错了。

这才叫探险。

追求控制感是人的本能，但只要是探索，就一定是充满不确定性的。想要让一个航天任务具备科学价值，你就得去到别人没去过的地方；想要具备经济价值，你就得像埃隆·马斯克的 SpaceX 那样弄一套比 NASA 便宜得多的发射方式，你就得做别人没做过的事情。

搞航天是为了你*能*，而不是为了证明你*也*能或者“你也有” [1]。正因为没有人上过火星，上火星这件事的价值才是无比的大。

世界上最值得你做的事情是那些别人都没做过而你能做的事情。这个产品已经有了，你再仿制一个，这没有多大意思。你的价值取决于你克服了多大的不确定性 [2]。不管是科学家、企业家还是工程师，做的最有价值的事情都是对未知区域的探索。

证明了费马大定理的数学家安德鲁·怀尔斯（Andrew Wiles）打过一个比方。他说钻研数学就好像是在一个全黑的房间里摸索。你根本没有固定的线路，只是到处摸，终于有一天你摸到了房间的开关，你按下去，整个房间一下子就亮了，你豁然开朗。接着你再到第二个房间去摸索，又不知道过了多长时间，才找到第二个开关……怀尔斯说灯光亮起来那一瞬间的喜悦和兴奋，是任何感觉都无法相比的。

电影导演史蒂芬·斯皮尔伯格也说过，他每拍一个新的场景，事先都不知道怎么拍。台词应该怎么过，到时候怎么指挥演员，灯光、镜头应该怎么打，他事先都不知道 —— 但这种未知感，恰恰是斯皮尔伯格最享受的东西。

所以不确定性不是任务的缺点而是我们自我实现的机会。你不但不应该害怕，而且应该兴奋。

*

当然搞航天探索未知绝对不是盲目的冒险。航天科学家处理风险的最关键一点，是明确已知和未知的分界线。

宇宙飞船是我们自己设计的，经过了各种各样的实验测试，这个是很有把握的，是已知。很多时候航天员本人还会参与飞船的设计。我记得当初中央电视台曾经采访过中国航天员翟志刚，说你估计失败的可能性有多大？翟志刚回答说可能性为 0，因为他完全知道每一步是怎么回事。

瓦罗尔说，美国最早的一次载人航天任务，对宇航员没有太多别的要求，只有一点最特别，那就是每隔 20 分钟要检查一遍视力。为什么呢？因为那次任务中人们对所有事情几乎都已经一清二楚，唯独不知道人的眼球在失重状态下会不会有什么不良反应……结果那次航天任务就好像是去看眼科一样。

如果你不知道哪些可控哪些不可控，你会以为什么东西都危险；找到已知和未知的分界线，你就不是胡乱冒险。

那么对于仍然不确定的东西，应该怎么办呢？航天科学家主要有两个办法。

第一个办法是冗余，也就是多带几个备胎。SpaceX 的猎鹰 9 号运载火箭有 9 台发动机，但实际上它只需要 8 台发动机就能完成飞行任务，多带一台就是以防万一。这9台发动机互相做了很好的隔离，不管其中哪台坏了，剩下的 8 台都能继续运行。

再比如说，理论上火箭只需要一个计算机就行，但是猎鹰 9 号带了 5 个，形成 4+1 模式。其中 4 个计算机使用同样的软件，各自独立计算。火箭每做一个动作，都要让这 4 个计算机做一次投票：如果其中一台出了差错或者死机了，少数服从多数，大概率还能得到正确的答案。

那你说万一软件出错了怎么办？这就是第 5 个计算机的作用。第 5 个计算机的软件是找另外一个公司编写的 —— 如果 4 个计算机因为软件错误同时死机，那就是第 5 个计算机出场的时刻。

有冗余，你就能大大降低失败的可能性。但是冗余过多也不行。比如波音飞机有两个发动机，坏一个也能继续飞行。那为什么不带 4 个发动机呢？一个是成本会增加，一个是更多不见得就更安全，发动机挤在一起可能会互相影响。

这一切都得做精心的概率计算、有所取舍才行……我理解“万无一失”的意思不是绝对不出错，只要你能把出错的概率降低到万分之一以下就可以叫万无一失了（其实万分之一是做不到的）。

航天科学应对不确定性的第二个办法是巴菲特喜欢的概念，叫“安全边际（margin of safety）”。简单来说，就是你做什么事情不要可丁可卯，得留点富余量。理论上需要的材料强度最大值是多少，你实际使用的材料强度要再大一些，这样哪怕出现超常规的意外你也可能坚持下来。

但我们这里说的安全边际还不仅仅是更高的参数，而是你要让现有的零部件有“多用途”，就好像瑞士军刀一样。

能带上天的东西，重量和体积都有强烈的限制。你带不了更多的零件，最好的办法是让每个零件都一专多能。甚至很多时候你得能临场对付出一个办法来。

比如说，勇气号探测器的右前轮，突然不转了。科学家在地球只能做非常有限的操控，但是也想了一个办法，干脆让它倒退着走。再比如好奇号探测器本来有个钻头，可以在火星地面钻洞，但是这个钻头坏了，科学家也想办法用它身上别的部位完成了钻洞的任务。

所以说真实的航天任务往往充满了意外。有时你会为错误而懊恼，但也有时候你会感到惊喜。这才叫探索。

*

目前为止我印象最深的一次中国航天任务是 2008 年神舟七号航天员第一次完成太空行走。其中最打动我的不是出舱之后的动作，而是两个小意外。

出舱之前，翟志刚按照预定动作要打开舱门，结果一开始他发现打不开！他说“有一股向外吸的力量！”不过好在翟志刚力气大最后还是打开了。

翟志刚和刘伯明出舱出到了一半的时候，留守返回舱的景海鹏发现“仪表显示，轨道舱火灾”！两人已经箭在弦上，刘伯明来了一句说不管了！翟志刚说“真空哪来的火”。事后证明只是传感器的误报。

谁都不希望有这样的意外，但是这两个小意外让神舟七号的出舱过程无比生动，这次任务中的表现够翟志刚吹一辈子。我认为这两个小意外带给我们的启发、对我们思想的刺激，超过了那些千锤百炼的规定动作。

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### 💡 精华要点
- 1.真实的航天，不是走流程的“万无一失”的业务，而是个探险的事业。
- 2.航天科学家处理风险的最关键一点，是明确已知和未知的分界线。找到这个分界线，你就不是胡乱冒险。
- 3.对于未知的不确定性，航天科学家有两个办法：一个是冗余，也就是多带几个备胎。另一个叫“安全边际”，就是你做什么事情不要可丁可卯，得留点富余量。

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