波音787 梦幻客机研制的“秘密”

　　波音787的问世让业内人士又惊又羡，同时引出一个问题：“他们是如何做到的?”美国白宫科技政策办公室助理主任赛勒斯· 瓦迪亚呼吁采取开放协作模式，加快先进材料的研发和商用速度。

　　

 

　　作者赛勒斯· 瓦迪亚(Cyrus Wadia)是美国白宫科技政策办公室负责清洁能源与材料研发的助理主任。

　　波音787(梦幻客机)的问世让业内人士又惊又羡，同时引出一个问题：“他们是如何做到的?”787 的燃油效率比此前的同类飞机提高了20%。它不仅拥有更为宽敞的客舱，而且，只需动一个按钮就能让机窗变暗。如果要把这些东西都解释清楚可能会比较复杂，但是首要一点则很简单：787 采用了先进的材料，机体和机翼都采用了碳纤维复合材料，能够大幅提升燃油效率，而机窗则加入了导电变色的凝胶材料。

　　一种新材料在被发现以后，需要大约20 年或更多的时间才能被应用到商业产品上，大多数人并没有意识到这一点。例如，锂离子电池的概念是在20 世纪70 年代中期提出的，但一直到20 世纪90 年代末才开始得到广泛应用。此外，超导体、太阳能光伏发电和固态照明等新技术的商用也都基本经历了类似的时间段，而这对于许多国家亟待解决的问题来说显然是太长了。

　　新材料在被发现之后，目前把它引入市场的最佳办法就是按步骤进行一系列的重复实验，每一个步骤都有不同的目的，比如性能优化或程序改进。工程师们必须能够熟悉几十种电力、化工和机械方面的性能。一些预测性的软件模型可以对实验进行补充，甚至在某些情况下可以取代那些比较费时间的实验，不过类似的工具是比较匮乏的。更糟的是，专利制度和研究团体的分裂限制了知识、数据和工具的共享。这些现状直接导致一些好的发明创造遭到雪藏，商用周期也被大大延长。

　　在波音787 梦幻客机的研制过程中，波音公司意识到材料的发展并不需要遵循线性规律。为此，公司将其跨国供应链整合到了一个独立的虚拟设计平台上，在日本进行的设计修改马上就会呈现在美国的合作伙伴面前。在最终的方案敲定之前，一支全球性的设计团队提供了数千种设计方案。这种网络化的协作方式将彻底改变并大大加快这个过程。

　　

 

　　首架波音787梦想飞机于2011年9月被交付给全日空。中国南方航空公司订购了10架波音787，其中首架喷漆工作预计在2012年8月完成。 图片来源：波音公司

　　去年，奥巴马总统启动了一项名为“ 材料基因组计划(Materials GenomeInitiative)”的宏伟计划，旨在帮助美国的材料界采用类似于波音的做法，然而，虽然联邦政府鼓励这种改进，但想把这种愿景融入到工作之中仍取决于科学家自身。

　　过去二十年中，纳米技术的不断发展让我们得以合成并制作出纳米级的新材料。在纳米层级上，材料的性能表现都是可以控制的。如今我们还需要建立配套的国家级的计算、实验和数据分析设施，为新材料的研究提供支持，同时结合更为开放的协作模式，来加快新材料的研发和商用速度。