助力攻克火箭回收难题！曙光8000突破超声速射流仿真极限

C114讯 10月9日消息（九九）今年前三季度，我国累计实施火箭发射任务70次，比去年同期的59次增加11次，同比增长约19%，创历史同期新高。

与此同时，火箭回收技术也在加快突破。7月，长征十号乙实现全球首次海上网系回收；8月，朱雀三号遥二完成我国首次入轨级火箭一子级陆地回收。

近日，中科曙光联合西安交通大学科研团队，依托全国产十万卡AI超集群曙光8000，完成超大规模多喷口超声速射流高精度数值模拟，创下国际已知最大规模的同类仿真纪录。成果面向商业航天可重复使用火箭研究，为结构安全评估与防热设计提供了高精度计算手段。

高温高速尾焰实测难， 仿真 模拟成为数字试验场

西安交通大学航天航空学院教授、博导，陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室副主任姬兴近日在接受媒体采访时表示，火箭的重复使用可以大幅降低商业航天的成本，“成本想要足够低，火箭就要做得足够大，因此需要重型和超重型运载火箭，但超重型火箭多台发动机并联工作时，喷出的高温、高速尾焰会相互干扰，形成复杂的压力波动与热量分布，影响发动机及箭体结构，对起飞、回收等任务的成败产生关键影响。”

依托全国产十万卡AI超集群曙光8000，中科曙光联合西安交通大学科研团队完成了33喷口环形阵列的三维高精度模拟，计算网格规模达到6.774万亿单元，是目前国际已知规模最大的超声速射流仿真案例。

西安交通大学博士生张红通俗地解释说：想象一下33个高压水枪同时朝一个方向喷——如果只有一个水枪，水柱是规矩的；33 个一起开，中间的水柱就被旁边的水柱挤扁、推开、互相撞击，溅起的水花还会往上卷回来。超声速射流里的激波、膨胀波和剪切层也是这样：它们在近场互相挤压、反射、交汇、合并，形成一个跨越多个时间和空间尺度、一直在变的三维结构。

那么为什么不在试验中搭载一个传感器，直接放到里面去呢？姬兴指出，火箭发射的尾焰温度高达2700℃，没有什么传感材料能扛住这么高的温度，这就是仿真的不可替代性。另外还有性价比的问题，每一发火箭至少是亿元级别，“仿真再贵也是便宜”。

因此在开展实物试验前，科研人员需要借助数值模拟，预判尾焰干扰带来的压力与局部高温风险，比较不同设计方案，为箭体底部结构和防热设计提供依据。通过在计算机中先行验证，有助于缩小试验范围、减少反复调整，为商业运载火箭的可重复使用研发提供数字实验支撑。

工程需求倒逼根技术攻关，补齐算法软件算力短板

近几年，美国SpaceX的星舰不断取得进展，我国也在持续开展重复使用火箭的攻关。在预研过程中，结合过往的工程经验以及美国公开的超重型火箭验证报道，得知重型火箭起飞和回收反推阶段，多机并联尾焰相互干扰的精细化仿真数据极度缺乏，归根到底是能够负担大规模计算的相关算法和工业软件缺失。

“所以说这件事不是从论文里长出来的，是被工程需求逼出来的——缺算法、缺软件、缺算力，所以我们才自己下场把根技术做出来。”姬兴说。

得益于前期与中科曙光良好的合作基础，以及对曙光异构计算平台性能测试的认可，西安交通大学科研团队联合中科曙光一同攻克这道“流体力学”难题。

在算力资源方面，依托曙光8000提供大规模国产异构算力，为应用开展数万张GPU规模的科学计算提供稳定的算力基础。

在软件运行环境方面，曙光结合应用特点提供相应的国产软硬件协同运行环境，从编译、运行时、数学库、通信库到作业调度等多个层面进行适配和优化，帮助应用充分利用曙光8000的计算、存储和网络资源。

在整机规模应用验证方面，重点关注应用从小规模运行向数千卡、数万卡规模扩展过程中出现的性能和稳定性问题。通过不同计算规模下的测试和分析，持续优化计算、通信以及资源调度等环节，验证应用在超大规模场景下的扩展能力和整体运行效率。

此外，曙光还组织了覆盖硬件、系统软件、并行计算、通信、存储、应用优化等方向的专业技术团队，与应用研发团队进行联合攻关。对于超大规模科学计算而言，很多问题并不是单一层面能够解决的，需要从算法、软件到硬件进行联合分析，因此需要通过多领域跨部门团队协同，为应用优化提供持续的技术支持。

中科曙光研发工程师梁超强调，曙光在这项工作中不仅是提供算力，更希望发挥“算力底座+软件环境+规模验证+专业技术服务”的综合能力，与应用团队共同把这套系统真正用起来、跑起来，并进一步发挥超大规模国产算力的应用价值。

研算阶段成功收尾，目标落地火箭型号预研

可以说，此次研究是西安交通大学科研团队和曙光8000一起做的一场“国产算法+国产硬件”全链路自主的大胆尝试， 姬兴将该项目划分为四个阶段：研、算、智、用，此次成果是前两个阶段“研”和“算”的标志性收尾，接下来的重头戏是“智”和“用”。其中，“研”是研制基础算法的根技术，“算”是算力底座，“智”是用智能算法建立高效模型，“用”是真正用到型号预研里去。

所以这次曙光8000上跑出来的结果，不是终点，而是一个里程碑，后续还要做好3方面的具体工作：一是形成高精度数据集，这是最核心的资产——多喷口尾焰干扰的全场三维瞬态数据过去是拿不到的；二是建立高效的智能模型，把数据集变成工程上随手可用的设计工具，这是从“能算”到“好用”的关键一步；三是形成自主可控的仿真底座，为我国航天总体单位，并进一步拓展到商业航天企业，在重型、超重型火箭预研上提供基础科学支撑。

据了解，曙光8000已适配近200项行业应用，覆盖30余个科研及产业领域。从气象预报到商业航天流体研究，国产算力的应用正不断深入。

梁超表示，中科曙光希望通过超算平台把硬件、算力、算法、基础软件和应用团队连接起来，形成从基础设施到行业应用的协同创新体系。他认为，国产高端计算的定位从过去单纯的“算力提供者”，进一步向自主算力底座、软件生态平台和重大科研工程的计算支撑平台发展。与此同时，持续深化产学研合作，推动算法、软件与计算平台协同优化，让先进算力更好地服务重大科研任务，支撑前沿探索与产业创新。

主题：火箭|仿真|重复使用|西安交通大学科研团队