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激荡心灵的工程创新之旅

王兴佳 2022-7-13 17:06:52

王兴佳

小戴维·P·比林顿撰写的《思维决定创新:20世纪改变美国的工程思想》一书,作为描述250年来塑造美国文明的创新思想三部曲之一,延续了其父在前两部作品中的研究思路,介绍了20世纪美国的部分大型公共工程,如胡佛大坝、国家公路网、摩天大楼、核能应用和登月项目等,也展示了晶体管、微芯片、个人计算机和互联网技术的突破。在这场激荡着失败与成功、坚韧与智慧的回顾之旅中,读者会感受到工程创新带来的巨大震撼,也会被才华横溢但个性迥异的工程师及其各具魅力的工程思想所吸引。

被誉为“世界核潜艇之父”的海曼·里科弗对于核能在美国海军潜艇上的应用功不可没,其过程一波三折堪称精彩。1946年6月,时任海军上校、从事电气相关工作的里科弗参与核能发电的可行性研究。他很快意识到核能对潜艇的重要意义,如果能利用铀产生的核能将水加热成蒸汽并驱动发动机,将会解决潜艇频繁浮出海面为电池充电和更换燃油的问题。然而,美国海军并不认为这是当时的迫切需要,里科弗的犹太血统和他经常对别人缺点表示不满的性格也给他带来了负面影响。1947年秋,里科弗的研究小组被解散,他本人也被安排到华盛顿一间由洗手间改造而成的办公室里。就在创新的火苗要熄灭时,一位年轻军官帮助里科弗获得了时任海军作战部长、前潜艇艇长、海军上将尼米兹的支持。不久后,里科弗担任美国原子能委员会的海军联络员,获得了更多的帮助来推进相关工作。

在具体实现路径上,里科弗尝试开发了两种反应堆:一种是压水反应堆,使用普通水作为主回路中的减速剂;一种是采用液态钠作为减速剂和一次热媒。事实上,早在里科弗之前就有专家提出了小型压水反应堆的想法,但争论的焦点集中在反应堆的物理学方面。只有里科弗直率地提出问题的关键:“你们打算怎样把那该死的东西做出来?”

里科弗之问是典型的工程思维。作者认为,所有工程师在进行设计之前必须回答三个问题:一是保证高效和安全基础上制造的可能性,二是考虑设计和制造成本前提下该物件能够满足的需求或潜在用途是什么,三是在不显著增加成本的情况下有一个吸引人的设计,同时将对社会和自然环境产生的影响控制在可接受范围内。经过评估,里科弗选择了压水反应堆,并找到了满足坚实、耐热、抗腐且不干扰核裂变要求的金属锆作为燃料棒。然而,供应商在拖延一年之后仍未能交货,里科弗只好在一个特殊的工厂内自行生产锆。值得一提的是,锆生产过程中产生的另一种金属铪不仅没有成为废弃物,其制成铪棒后还可以用于精确地调整反应堆中的裂变速率或停止反应。

里科弗不仅要解决核潜艇制造过程中的工程难题,还必须保住自己的“饭碗”。按照当时的规定,未能由上校晋升为少将的军官在服役31年后必须退役。里科弗的晋升提名在1952年再次被拒绝,这将成为他服役的最后一年。曾帮助过他的年轻军官再次出手,里科弗在国会上的表现得到部分参众议员的认可,媒体对美国海军的批评和公众的抗议导致美国国会推迟了美国海军所有的晋升。1953年,艾森豪威尔政府执政后,里科弗被晋升为海军少将。同年6月,他设计的全尺寸测试型动力系统Mark Ⅰ顺利通过所有测试。这时波折又来了,美国海军造船厂拒绝建造采用新系统的潜艇。庆幸的是,里科弗得到私营造船厂的支持,潜艇顺利建造完成并于此年成功下水航行。里科弗的高安全标准和严格管理控制,成为美国海军乃至民用核能电站的重要遗产。由他监督建设的宾夕法尼亚州希平港核电站自1958年投入发电后,一直正常运行到1982年关闭为止。

正如里科弗之于世界首艘核潜艇的重要意义,作者在书中还呈现了建筑工程师法兰克·高尔和沃克·杨在胡佛大坝修建过程中的重要作用,以及公路工程师托马斯·麦克唐纳对于推进高速路网建设、土木工程师法兹勒·汗对于摩天大楼安全性的贡献,此外,电气工程师杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯在微芯片发展过程中的竞争尤其有意思。

作者认为科学家和工程师拥有不同的核心竞争力,前者旨在发现关于自然以及自然存在的事物的新事实,后者则是对自然不存在的事物的设计。作者指出,“工程通常被看作是一种技术,或者被用作教授科学的一种方式”,事实上,工程方面的创新是“一种独立于科学的洞察力”。这种洞察力如此重要,以至于对工程师及其作品的研究可能成为理解最深刻的技术变革的关键。

5月30日,中国工程院第十六次院士大会工作报告指出,要持续强化国家战略科技力量,积极促进工程科技人才培养,推动培养大批卓越工程师和青年科技后备军。在科技制高点竞争空前激烈的今天,显然需要更多具备有很高创新能力的“科学家+工程师”。

(作者为中国一汽战略与创新规划部主任,本文为《思维决定创新:20世纪改变美国的工程思想》一书书评)

责任编辑:方凤娇 主编:程凯