像火箭科学家一样思考
最后更新于2022.07.09
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将不可能变为可能
这不是一本教你如何造火箭的书，而是一本指导我们转变生活和工作思维方式的书，阅读电子书
致敬：真正带给人类奇迹的，正是那些看上去傻呼呼的科学家和工程师，科学家奇思妙想，工程师又极其务实，是他们把人类送上太空...
1962年9月，肯尼迪发表演说，宣布美国要在1970年之前，把人类送上月球并且安全返回。 当时美国的登月条件比今天我们中国的航天水平可是差太多了。结果1969年，才过了七年，阿姆斯特朗果然登上了月球。肯尼迪说，我们选择登月，不是因为它容易，而是因为它难。
重要的是，登月思维能倒逼改革，没有这个目标，组织只会按照惯性运行，人们考虑的是现有的工具和资源能做什么。有了登月目标，会先问这个目标需要什么，然后设法一步一步去把它做出来。
其实中国也做过这样的事情，就拿核武器来说，并不是说技术积累已经足够了，才去搞原子弹，而是不管条件允许不允许，认定了必须搞原子弹，拆分任务，拼命硬干，结果干出来了。高铁、盾构机、003航母，以及其他高精尖技术领域也会是如此 (感谢美国前总统特朗普给我们指明了努力的方向)。
NASA吃花生的传统 开始于上世纪60年代的“徘徊者”号月球任务，最初的6次全部以失败告终，执行第7次任务时，有人将花生带到控制室，结果任务顺利完成，从此，吃花生便成为喷气推进实验室执行发射和着陆任务时的传统。严谨的火箭科学家怎么能迷信这个呢 ???
因为我们没办法掌控一切，火箭一旦点火，或者飞行器一旦到了太空，人们能做的就非常有限了，别看控制室里面坐了那么多人，他们更像是播报员，比如“遥测信号正常”，“飞行姿态正常”...
比如火星着陆的“恐怖的7分钟”，整个过程不能遥控，因为地球和火星距离太远，通信时延太长(大约10-40min)，完全是自主控制，上百个程序一条指令都不能错。
猎鹰9号系列运载火箭有9台发动机，中间1台，边上8台，做了优化，其中的任意1台坏掉，都不影响任务的完成，也就是说动力系统使用了冗余设计。
航天飞机上有5套飞行控制系统，4套来自同一厂家，1套来自另一个厂家。
火星探测器“勇气号”的软硬件也都做了冗余设计。
火星探测器“勇气号”探测器的右前轮突然不转了，工程师干脆让它倒退着走。
火星探测器“好奇号”本来有个钻头，可以在火星地面钻洞，但是这个钻头坏了，工程师也想办法用它身上别的部位完成了钻洞的任务。
以上图片来自影片：火星探测器上的计算机如何工作？
提示：冗余设计 (高可用) + 安全边际 (留点余量/灵活度)。
“第一性原理”这个词其实早就有了，之所以火起来是因为埃隆·马斯克在TED的采访中，透露自己非常推崇的思维模式是 “First principle thinking”，翻译成中文就是第一性原理思维。
埃隆·马斯克是这么说的：我们运用“第一性原理”思维而不是“比较思维”去思考问题。
造火箭在我们以往的认知里，只有国家才有财力干，但是埃隆·马斯克说不对：他将成本高达6000多万美元的传统运载火箭尝试拆分材料，发现了火箭制造材料的成本仅为火箭价格的2%，于是，他选择自己造火箭 (不让中间商赚差价)，大胆假设并最终造出了可回收运载火箭，发射成本仅为传统火箭的1/10...
最近，又开始尝试用筷子夹住星舰飞船 演示视频。
他在研究电动汽车电池的时候再次运用了类似的思维 采访视频。
画大饼：让人类成为多星球物种，关键是埃隆·马斯克正在一步步实现这一构想，这一点值得佩服。
提示：鲁迅《狂人日记》结尾有这样一句话 ：从来如此，便对吗？
真实世界的”解决问题“，没有固定套路、不知道需要哪些条件、甚至你要自己去发现和定义问题。
1999年使用了反推火箭的火星探测器，着陆失败坠毁了，你必须在接触地面的那一瞬间正好给火箭熄火，这实在太难了。常规的思路是研究怎么改进反推火箭，但是有人提出了另一个思路。这个办法就是像汽车一样，使用安全气囊。敬请观看：火星探测器着陆的几种方式
美国发明GPS的故事：1957年10月，苏联发射了世界第一颗人造地球卫星，专门从美国上空掠过，特意让卫星用短波频道发出固定的“嘟……嘟……”的声音，两个物理学家意识到那个嘟嘟声是有用的，根据多普勒效应计算出了苏联卫星的速度和轨道，他们的上级问这两个物理学家，咱们反过来想，如果已知卫星轨道，你们能不能反推地面接收者的位置呢？答案是可以。三年之后，美国就实现了用五颗卫星给自己的海外核潜艇定位…正是我们今天使用的GPS的前身。
问：二战时期，战斗机需要加固，才能降低被炮火击落的机会。但依照当时的航空技术，机体装甲只能局部加强，否则机体过重，会导致起飞困难及操控迟钝。那么，加固哪个位置最合适？
1986年挑战者号航天飞机失事 原因：发射前一天温度过低，火箭上的O形密封圈出了问题，其实飞船上有两个O形圈，一个坏了另一个还能顶一阵；其次就算两个都坏了，固体燃料燃烧产生的氧化铝也能临时起到一个密封的作用。但是这一回温度是前所未有的低，氧化铝顶了一阵没顶住。早在出事的半年之前，就有人多次警告了这个问题，都没有得到重视。发射前一天晚上温度非常低，又有工程师提出应该取消此次发射，但被管理层拒绝，理由是之前的9次发射中O形密封圈也有这个问题，没有影响发射。
2003年哥伦比亚者号航天飞机失事 原因：在发射的时候，火箭升空过程中，航天飞机上有一块公文箱大小的泡沫塑料脱落了，这个泡沫脱落击中航天飞机的左翼，敲掉了一块绝热挡板，结果导致返回地面的时候大气摩擦产生的高温进入到航天飞机内部，航天飞机坠毁。当时有工程师注意到了这个情况，建议比如说哪怕让宇航员来一次太空行走，把那个破损的地方补上再返回地球，但是管理层拒绝了，理由是同样的事情以前发生过好几次，都没有出大问题。
简单讲就是要求地球上的实验必须尽可能模仿火箭的飞行环境，要以航天器飞行时的状态来对它进行测试。为了完成航天任务，火箭科学家差不多需要模拟大约6800个故障场景。
1996年阿丽亚娜5号火箭爆炸，欧洲航天局为此付出了数亿美元的损失，阿丽亚娜5号在飞行程序开始后仅约40秒，发射器偏离其飞行路线爆炸，事故相关报告的链接在这里，追溯到的主要原因是软件缺陷，控制惯性导航系统向箭载计算机发送了一个无效数据，表明将一个64位浮点数转换成16位有符号整数时，产生了溢出（溢出值测量的是火箭的水平速率），这比早先的阿丽亚娜4号火箭所能达到的速度高出了5倍，设计Ariane 4火箭软件的时候，确定水平速率决不会超出一个16位数的表示范围。不幸的是，他们在阿丽亚娜5号火箭的系统中简单地重用了这一部分，而没有检查它所基于的假设，最终导致悲剧发生。
距离我们最近的则是波音737-MAX事件，波音737-MAX导致狮航和埃航两次空难共346人丧生，调查认为两次失事原因均与737-MAX的 “机动特性增强系统” 迫使机头向下导致飞机失速有关，该机型被全球禁飞，由于波音737-MAX停飞事件造成大批订单被取消以及737-MAX系列的减产，波音的主要竞争对手空中客车公司在2019年超过波音成为当年全球最大飞机制造商。
其实任何产品都一样，现代软件系统越来越复杂，尽可能在真实情境下去完成一项产品技术的测试，哪怕是改动某个很小的细节，都建议重新做系统回归测试，否则极有可能引发新的问题。比如当你修复一个bug的时候，引入了另外一个bug...
NASA宣布阿特弥斯计划，让你的公司去月球建立一个LTE网络，你会考虑哪些因素，怎么做？
