什么？时尚名媛竟然还能“参与”造火箭？

看标题你就能想见了，这是一个跨度很大的故事——时间跨度也是一样，从19 世纪末，一直到 20 世纪中叶。

故事要从一个叫玛德琳·薇欧奈（Madeline Vionnet）的大胆女子讲起。男性读者大概不容易知道这是谁，女性读者或许会有所反应：这是与可可香奈儿齐名的 20 世纪二三十年代三大时装设计师之一。

玛德琳·薇欧奈的画像，图片来源：wikimedia

很少有人了解她的家世。大家只是模糊地知道，她出身贫寒，很早就嫁人，小孩没能活过一年。随后，她又经历了婚姻动荡，只身一人跨过英吉利海峡去到了伦敦，辗转做了几份临工，最后当了一名裁缝的助手。大概就是在那个时候，薇欧奈认定了，做衣服，是她这辈子唯一的事业。

而当她挣到足够多的钱返回法国的时候，时装界正在悄然经历一场变革。席卷整个二十世纪的女性解放运动正在持续酝酿。许多前卫的女子带头扔掉了紧箍咒一般勒住身体的硬质束腰。美国舞蹈家伊莎多拉·邓肯（Isadora Duncan）裙裾飘扬，赤脚跳舞的模样掀起了风潮。这种像希腊女神一般奔放又纯洁的形象，击中了年轻的薇欧奈。她决心做出像水一般奔腾又温柔的裙子，能让女性自由展示自己的身体曲线，又不受束缚。

可是，怎样才能实现呢？

她把对服装的热爱，转化成了极其细腻的观察与体验。她仔细地把玩着各种各样的布料，灵感突然跳进了脑袋。
她将一块轻薄但又不失质感的丝绸布料旋转了45°，再斜斜地裁了下来。原本有些板正局促的材料，在斜着挂起来的时候，竟然呈现出飘逸的下坠质感。而这下坠的质感，服服帖帖地在剪裁衣服用的人台上，勾勒出了曼妙的曲线。

玛德琳·薇欧奈在 1925年设计的一款礼服，图片来源：wikimedia

这种技术后来被称作“斜裁”（bias cut）。问题是，为什么斜裁之后，布料就呈现出了这样轻盈优美的效果呢？

这是一个工程结构学的问题。棉、丝等大部分天然材料，延展性很弱。用工程学术语来讲，是弹性模量很大，也就是应力和应变的比值很大——即使你用很大的力气，也没有办法把它扯出非常明显的变形。反之，弹性模量小的东西，比如橡胶，比如现在常见的含有莱卡成分的棉织物，就更容易变形一些。

布料上的每一根线，都是沿着经纬彼此垂直交叉，才织成的。所以，横着和竖着都扯不动。弹性模量很大的布料，斜向剪切的弹性模量反而是小的，可以朝斜着的方向伸缩。纤维越是粗、织得越是松的丝绸，则能被拉伸更多，看起来就有更明显的垂坠感。

为了更直观地理解，大家可以找一块方形纱布，对比一下从对角线拉扯和从对边拉扯时纱布的伸长量。图片来源：wikimedia

斜裁这个技术，立马成为了巴黎时装界的一大潮流。薇欧奈也因此成了“斜裁女王”。

薇欧奈自然是没有学过数学和物理的，估计也对“弹性模量”这样的术语也是一无所知。然而她对材料的掌控，却表现出了数学和工程的美感。她在斜裁的裙摆上，也会斜着裁开，镶入平行四边形布料，裙摆层层坠下，仿佛笛卡尔的叶形线一般；而她方裁的裙子也很好看，适当的材料在下坠的剪切力下，荡起像水波一样的竖直褶皱。

这一切来自于工匠的直觉。很多时候，工匠的洞察力和直觉是超越理论而存在的。这来源于他们在实践中对于材料的经验和感知。和薇欧奈的直觉有异曲同工之妙的是，美国的帆船匠们早在 19 世纪就发现，船帆以特定的角度剪裁悬挂，会更结实、更兜风，在竞速的时候能把英国的帆船远远甩在身后。帆船匠处理船帆的原理与“斜裁”相似，不过应用方向相反——帆布在直裁时的纹理构成了比较稳定的结构。

这种工匠的直觉，在半个世纪之后，再次发挥了作用。这次延伸到了一个让人意想不到的领域——火箭。

火箭的燃料分液体和固体两种。其中，固体燃料质量较轻，也比较好掌控。唯一的问题是，这种塑性材料会在点火的时候膨胀，很容易把燃料箱给撑爆。

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1950 年代，美国宇航局（NASA）连续发射了好几颗“北极星”火箭，都因为类似的问题失败、爆炸。

英国科学家、材料科学和生物力学的创始人之一詹姆斯·爱德华戈登在其名作《结构是什么》中提到，就职于 NASA 的工程师，在当时流行的斜裁睡袍上找到了灵感：燃料箱能不能够像丝绸一样，在垂直的方向小幅伸缩，从而解决点火膨胀的问题？

答案是：能。

1950 年代末 1960 年代初，工程师们改进了燃料箱的设计，把弹性模量极小的金属材料，换成了像编辫子一样斜着缠起来的钢化玻璃丝或者碳纤维丝，再用耐热材料填充。当火箭点火时，这些材料会顺应膨胀，把燃料箱些微地拉长一点点。这样既不影响燃料的作用力方向，又能防止被撑爆的悲剧发生。

后来的火箭燃料箱，都沿用了类似的设计。固体燃料被广泛地用在了火箭的助推器上，在大大小小的卫星发射中都扮演了重要角色。我们能看上电视、用上 GPS，都得感谢“斜裁”的发明。

这种工匠的直觉，加上跨越学科、领域的“启发”，构成了技术创新的转折点。工匠到工程师的“升级”，是完善的、系统性的理论训练。然而工匠和工程师共有的，是不可或缺的经验知识（experientialknowledge），这些知识只有在实践中才能获取。而实践的重点，不仅仅是对于实用技能的培养，还有观察力、沟通力、感知力甚至共情力等能力的培养，将现实中的观察，进行抽丝剥茧的思考和大胆的构想和实践。

对于机构而言，构建一个注重多样性、合作的环境，有助于经验知识的培养、传递和创新。毕竟，经验知识的来源是多种多样的，睡裙和火箭两个领域可以说是毫不相关，但就是能够产生“意外”的联结。这要求机构为经验知识提供更灵活、更自由的管理环境。

一个研究团队曾经深入过中国台湾的某知名半导体公司，了解到他们的项目创新过程。研究发现，项目需要的新技术，需要跨机构的合作，而支持这种创新的，不仅仅是技术条件，还有管理条件，让团队能够有足够多的空间去和外部进行交流、碰撞、学习，再把经验层面的知识，用小规模实验的形式，转换为切实的创新。

工匠和工程师的力量，在于在世界的细处，把毫不相关的两个东西联系起来，再用数学、物理和工程把它们细细密密地缝合在一起。这个世界，永远不缺少智慧又充满热爱的眼睛；而我们需要珍视的，是如何培养这样的敏锐的智慧，并给予智慧的火花发光发热的机会。

参考文献

[1] J E Gordon (1978),Structures, or why things don't fall down.

[2]The Business of Fashion.

[3] Madelyn Shaw (2006) Textiles and the Body: The Geometry of Clothing, Textile Society of America Symposium Proceedings. 322.

[4] Hung, H. F., Kao, H. P., & Chu, Y. Y. (2008). An empirical study on knowledge integration, technology innovation and experimental practice. Expert Systems with Applications, 35(1-2), 177-186.

作者丨郑李 科技史博士
审核丨刘勇 中国科学院国家空间科学中心研究员