如果說(shuō)AI差距只有短短數(shù)年甚至幾個(gè)月的話,那么中美在可回收火箭技術(shù)上的差距,則長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。
最近幾年,人工智能毫無(wú)疑問(wèn)是全球科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),而中美兩國(guó)在這一領(lǐng)域的你追我趕都吸引了無(wú)數(shù)目光,大家普遍認(rèn)為,中美在AI領(lǐng)域的差距其實(shí)很小,甚至某些方面我們要做的比美國(guó)更強(qiáng)。
但在另一項(xiàng)決定未來(lái)太空經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)可回收火箭上,中美之間的差距則高達(dá)數(shù)十年。
這話聽(tīng)起來(lái)不可思議,中美之間的可回收火箭技術(shù)差距會(huì)有這么大嗎?
其實(shí)真相比你想象的還可怕。
你知道馬斯克的SpaceX第一次成功回收火箭是什么時(shí)候嗎?答案是2015年12月,距今已經(jīng)過(guò)去了十年,今天的SpaceX不僅在做可回收火箭,甚至還準(zhǔn)備造一艘星艦出來(lái),如果成功的話,這將是人類歷史上最大的發(fā)行器。
而我們目前的火箭可回收呢?
顯然還沒(méi)有成功,甚至才剛剛首飛沒(méi)多久。
僅僅是可回收火箭技術(shù),馬斯克的SpaceX距今已經(jīng)過(guò)去了十年,而我們還沒(méi)有完全掌握火箭回收技術(shù),從這個(gè)角度來(lái)看,十年其實(shí)都還是保守的估計(jì)。
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從2015年第一次成功回收,到現(xiàn)在十年過(guò)去了,SpaceX沒(méi)有停下腳步,而我們的追趕進(jìn)程又如何呢?
從2025年底到2026年初,我國(guó)進(jìn)行了兩次入軌級(jí)可回收火箭實(shí)驗(yàn)。
第一次是藍(lán)箭航天的朱雀三號(hào),在2025年12月3日首次入軌回收挑戰(zhàn),一級(jí)火箭在返回過(guò)程中完成了超音速再入和滑行,但在最后著陸點(diǎn)火階段“發(fā)生異常燃燒”,未能實(shí)現(xiàn)軟著陸。
另一次是同月的23號(hào),航天科技集團(tuán)的火箭,同樣也發(fā)生了失利。
和SpaceX相比,甚至和2015年的SpaceX相比,我們到底差在哪里?
可回收火箭絕非簡(jiǎn)單地將火箭飛回來(lái),它是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其中的差距也體現(xiàn)在以下幾個(gè)核心環(huán)節(jié)。
第一大難點(diǎn),就是發(fā)動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)就和賽車引擎一樣,追求的是全力輸出,而可回收火箭的發(fā)動(dòng)機(jī),則需要像高性能跑車一樣,具備變推力和空中多次可靠點(diǎn)火的能力。
而SpaceX獵鷹9號(hào)的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)推力,就可以在39%到100%之間精準(zhǔn)調(diào)節(jié),9臺(tái)并聯(lián)甚至還可以實(shí)現(xiàn)4.3%到100%的寬域控制,為垂直著陸提供了精細(xì)的“剎車”能力。
而星艦使用的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)則更是全流量分級(jí)燃燒循環(huán)的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī),其性能更強(qiáng),設(shè)計(jì)可重復(fù)使用上千次。
而我國(guó)主流企業(yè)選擇的是更清潔、易于復(fù)用的液氧甲烷路線,但在深度變推力的可靠性和穩(wěn)定性上仍然需要大量的飛行數(shù)據(jù)積累。
第二大難點(diǎn),就是制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制。
火箭回收過(guò)程,就好比讓一根幾十層樓高、重達(dá)數(shù)百噸的鉛筆,在高速下落中抵抗狂風(fēng)擾動(dòng),最終以近乎零的速度比筆直站立在指定地點(diǎn)。
這意味著火箭需要融合柵格舵(控制航向)、反作用控制系統(tǒng)(RCS)(微調(diào)姿態(tài))和發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量控制(最終修正)三套系統(tǒng),在超音速到亞音速的不同階段無(wú)縫切換。
而SpaceX通過(guò)數(shù)百次回收飛行,積累了海量的真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù),其飛控算法在數(shù)百次飛行下其實(shí)已經(jīng)非常完美,而我國(guó)的算法目前還更多依賴仿真和有限次數(shù)的試驗(yàn),這也導(dǎo)致在應(yīng)對(duì)復(fù)雜大氣環(huán)境、傳感器故障等突發(fā)狀況的實(shí)時(shí)容錯(cuò)和自適應(yīng)能力上存在差距。
這需要高頻次的發(fā)射來(lái)得到最真實(shí)的數(shù)據(jù)反饋,而我們目前最缺的也是發(fā)射次數(shù)。
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第三大難點(diǎn),材料。
我們都知道SpaceX用的是便宜的不銹鋼,但這種不銹鋼,其實(shí)也并不簡(jiǎn)單。一級(jí)火箭要承受發(fā)射時(shí)的巨大推力、返回時(shí)還要與大氣摩擦產(chǎn)生上千度高溫,以及著陸時(shí)的沖擊,還要能重復(fù)使用數(shù)十次。
而能夠承載這種高溫的不銹鋼不好找,即便是找到了,如何焊接也是一個(gè)極大的工程量,作為對(duì)比,SpaceX目前在熟練掌握后,只需要一周就可以焊接好一艘火箭,而我們?cè)诓牧想A段,甚至還在摸索。
用不銹鋼造火箭的原理很簡(jiǎn)單,但做起來(lái)很難。星艦加速到足以沖到軌道時(shí),內(nèi)部數(shù)千噸燃料帶來(lái)的重力會(huì)被放大四倍;火箭撕開(kāi)氣流,越過(guò) Max-Q(最大氣動(dòng)壓力點(diǎn))前,外部的氣壓會(huì)一直增加,最極限時(shí),每平方米不銹鋼要承受近 5 噸重的壓力。與此同時(shí),外殼還要承受發(fā)動(dòng)機(jī)的巨大推力和擾動(dòng)。
國(guó)內(nèi)有一家初創(chuàng)火箭公司拿到一部分星艦鋼材的參數(shù),逆向研發(fā)推倒成分,即便如此,也耗時(shí)了三年才做出可以用來(lái)造火箭的不銹鋼。
這些難度,可以說(shuō)都是地域級(jí)別的。馬斯克說(shuō),即使拿到圖紙,也沒(méi)人能在短時(shí)間復(fù)刻出猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)。
這話?cǎi)R斯克說(shuō)的很有可能是真的。因?yàn)橐霃?fù)刻一臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī),最難的不是技術(shù),而是一種獨(dú)特的金屬材料。
猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵是一個(gè)超級(jí)風(fēng)扇,負(fù)責(zé)把燃料吹進(jìn)燃燒室,而在運(yùn)行時(shí),它會(huì)被700°的高溫燃?xì)獐偪駴_刷,而幾厘米外就是零下182°的液氮,高達(dá)900°的溫差,這也導(dǎo)致幾乎沒(méi)有任何材料可以承受如此巨大的熱脹冷縮。
為此,SpaceX專門研發(fā)了可以經(jīng)受如此熱脹冷縮的SX500合金,目前還沒(méi)有人知道該合金的配方,更不知道這種材料的合成條件。
最新的猛禽3發(fā)動(dòng)機(jī)推力已經(jīng)達(dá)到恐怖的280噸,比前一代輕了10%;星艦V3搭載33臺(tái)猛禽3發(fā)動(dòng)機(jī),總推力更是達(dá)到了恐怖的9800噸,而現(xiàn)在SpaceX一天就可以造出一臺(tái)猛禽3發(fā)動(dòng)機(jī),配合3D打印,非常恐怖。
國(guó)內(nèi)千億航天的王石磊說(shuō),追趕現(xiàn)在的猛禽3發(fā)動(dòng)機(jī)可能需要20甚至30年時(shí)間。這不是某個(gè)火箭公司或者某個(gè)設(shè)備公司能追上的,根本在于工業(yè)體系底層冶金能力的差距,猛禽3燃燒室已經(jīng)做到350bar,國(guó)內(nèi)是100bar。
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總的來(lái)看,當(dāng)下我們要追趕上SpaceX其實(shí)并不現(xiàn)實(shí)。但就可回收火箭技術(shù)來(lái)說(shuō),這已經(jīng)非常快了,業(yè)內(nèi)的預(yù)估時(shí)間點(diǎn)則是5到8年,也就是2030年左右。
深藍(lán)航天CEO霍亮預(yù)計(jì),我們最快可能在2030年追上美國(guó)同行。藍(lán)箭航天朱雀三號(hào)總設(shè)計(jì)師張曉東也提出,希望在2030年前實(shí)現(xiàn)高頻次發(fā)射。但是,追趕的前提是我們必須擁有自己的“星鏈級(jí)”大規(guī)模發(fā)射需求,來(lái)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的快速成熟和成本的持續(xù)下降。
否則,我們實(shí)現(xiàn)火箭可回收,沒(méi)有太高的發(fā)射需求的話,也很難快速迭代。
在人工智能的熱潮下,大多數(shù)人都看到中美競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈,雙方你來(lái)我往互不相讓;但在可回收火箭領(lǐng)域,或許也正是因?yàn)椴罹噍^大,反而該領(lǐng)域的我們,正在默默追趕,等待爆發(fā)的那一天。
end.
作者:羅sir,關(guān)心人、社會(huì)和我們這個(gè)世界的一切;好奇事物發(fā)展背后的邏輯,樂(lè)觀的悲觀主義者。
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