如果說AI差距只有短短數年甚至幾個月的話,那么中美在可回收火箭技術上的差距,則長達數十年。
最近幾年,人工智能毫無疑問是全球科技競爭的焦點,而中美兩國在這一領域的你追我趕都吸引了無數目光,大家普遍認為,中美在AI領域的差距其實很小,甚至某些方面我們要做的比美國更強。
但在另一項決定未來太空經濟主導權的關鍵技術可回收火箭上,中美之間的差距則高達數十年。
這話聽起來不可思議,中美之間的可回收火箭技術差距會有這么大嗎?
其實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候嗎?答案是2015年12月,距今已經過去了十年,今天的SpaceX不僅在做可回收火箭,甚至還準備造一艘星艦出來,如果成功的話,這將是人類歷史上最大的發行器。
而我們目前的火箭可回收呢?
顯然還沒有成功,甚至才剛剛首飛沒多久。
僅僅是可回收火箭技術,馬斯克的SpaceX距今已經過去了十年,而我們還沒有完全掌握火箭回收技術,從這個角度來看,十年其實都還是保守的估計。
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從2015年第一次成功回收,到現在十年過去了,SpaceX沒有停下腳步,而我們的追趕進程又如何呢?
從2025年底到2026年初,我國進行了兩次入軌級可回收火箭實驗。
第一次是藍箭航天的朱雀三號,在2025年12月3日首次入軌回收挑戰,一級火箭在返回過程中完成了超音速再入和滑行,但在最后著陸點火階段“發生異常燃燒”,未能實現軟著陸。
另一次是同月的23號,航天科技集團的火箭,同樣也發生了失利。
和SpaceX相比,甚至和2015年的SpaceX相比,我們到底差在哪里?
可回收火箭絕非簡單地將火箭飛回來,它是一項極其復雜的系統工程,其中的差距也體現在以下幾個核心環節。
第一大難點,就是發動機。傳統火箭發動機就和賽車引擎一樣,追求的是全力輸出,而可回收火箭的發動機,則需要像高性能跑車一樣,具備變推力和空中多次可靠點火的能力。
而SpaceX獵鷹9號的梅林發動機推力,就可以在39%到100%之間精準調節,9臺并聯甚至還可以實現4.3%到100%的寬域控制,為垂直著陸提供了精細的“剎車”能力。
而星艦使用的猛禽發動機則更是全流量分級燃燒循環的液氧甲烷發動機,其性能更強,設計可重復使用上千次。
而我國主流企業選擇的是更清潔、易于復用的液氧甲烷路線,但在深度變推力的可靠性和穩定性上仍然需要大量的飛行數據積累。
第二大難點,就是制導、導航和控制。
火箭回收過程,就好比讓一根幾十層樓高、重達數百噸的鉛筆,在高速下落中抵抗狂風擾動,最終以近乎零的速度比筆直站立在指定地點。
這意味著火箭需要融合柵格舵(控制航向)、反作用控制系統(RCS)(微調姿態)和發動機推力矢量控制(最終修正)三套系統,在超音速到亞音速的不同階段無縫切換。
而SpaceX通過數百次回收飛行,積累了海量的真實環境數據,其飛控算法在數百次飛行下其實已經非常完美,而我國的算法目前還更多依賴仿真和有限次數的試驗,這也導致在應對復雜大氣環境、傳感器故障等突發狀況的實時容錯和自適應能力上存在差距。
這需要高頻次的發射來得到最真實的數據反饋,而我們目前最缺的也是發射次數。
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第三大難點,材料。
我們都知道SpaceX用的是便宜的不銹鋼,但這種不銹鋼,其實也并不簡單。一級火箭要承受發射時的巨大推力、返回時還要與大氣摩擦產生上千度高溫,以及著陸時的沖擊,還要能重復使用數十次。
而能夠承載這種高溫的不銹鋼不好找,即便是找到了,如何焊接也是一個極大的工程量,作為對比,SpaceX目前在熟練掌握后,只需要一周就可以焊接好一艘火箭,而我們在材料階段,甚至還在摸索。
用不銹鋼造火箭的原理很簡單,但做起來很難。星艦加速到足以沖到軌道時,內部數千噸燃料帶來的重力會被放大四倍;火箭撕開氣流,越過 Max-Q(最大氣動壓力點)前,外部的氣壓會一直增加,最極限時,每平方米不銹鋼要承受近 5 噸重的壓力。與此同時,外殼還要承受發動機的巨大推力和擾動。
國內有一家初創火箭公司拿到一部分星艦鋼材的參數,逆向研發推倒成分,即便如此,也耗時了三年才做出可以用來造火箭的不銹鋼。
這些難度,可以說都是地域級別的。馬斯克說,即使拿到圖紙,也沒人能在短時間復刻出猛禽發動機。
這話馬斯克說的很有可能是真的。因為要想復刻一臺猛禽發動機,最難的不是技術,而是一種獨特的金屬材料。
猛禽發動機的渦輪泵是一個超級風扇,負責把燃料吹進燃燒室,而在運行時,它會被700°的高溫燃氣瘋狂沖刷,而幾厘米外就是零下182°的液氮,高達900°的溫差,這也導致幾乎沒有任何材料可以承受如此巨大的熱脹冷縮。
為此,SpaceX專門研發了可以經受如此熱脹冷縮的SX500合金,目前還沒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發動機推力已經達到恐怖的280噸,比前一代輕了10%;星艦V3搭載33臺猛禽3發動機,總推力更是達到了恐怖的9800噸,而現在SpaceX一天就可以造出一臺猛禽3發動機,配合3D打印,非常恐怖。
國內千億航天的王石磊說,追趕現在的猛禽3發動機可能需要20甚至30年時間。這不是某個火箭公司或者某個設備公司能追上的,根本在于工業體系底層冶金能力的差距,猛禽3燃燒室已經做到350bar,國內是100bar。
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總的來看,當下我們要追趕上SpaceX其實并不現實。但就可回收火箭技術來說,這已經非常快了,業內的預估時間點則是5到8年,也就是2030年左右。
深藍航天CEO霍亮預計,我們最快可能在2030年追上美國同行。藍箭航天朱雀三號總設計師張曉東也提出,希望在2030年前實現高頻次發射。但是,追趕的前提是我們必須擁有自己的“星鏈級”大規模發射需求,來驅動技術的快速成熟和成本的持續下降。
否則,我們實現火箭可回收,沒有太高的發射需求的話,也很難快速迭代。
在人工智能的熱潮下,大多數人都看到中美競爭愈發激烈,雙方你來我往互不相讓;但在可回收火箭領域,或許也正是因為差距較大,反而該領域的我們,正在默默追趕,等待爆發的那一天。
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作者:羅sir,關心人、社會和我們這個世界的一切;好奇事物發展背后的邏輯,樂觀的悲觀主義者。
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