近日,一位北京公园里的大爷火了。
面对路人,他语出惊人:“钱学森之后就是我”、“我搞轨道计算”、“我是(轨道)优化的祖师爷”。而最让人愣住的是下一句:“《空间武器轨道设计》这本书,就是我写的。”有网友说,乍一听以为是大忽悠,仔细一听原来真是祖师爷。这位看似平常的老人,正是航天领域的泰斗赵瑞安,一位从中国运载火箭技术研究院走出的科学家。在金庸的武侠世界里,他就是那位深藏不露的“扫地僧”——表面平凡,实则身怀经天纬地之才。
赵老从事的轨道计算和轨道优化可不简单。因为这背后牵出的,是一个常被公众忽略却至关重要的问题:太空武器和深空探测的根本基础是什么?九三阅兵时,红旗-19、红旗-29亮相,全场轰动,大家问得最多的是:导弹有多长?多粗?能打多高?这些问题热闹,却抓不到本质。大气层内,飞行器看空气动力学;大气层外,航天器看的是轨道设计。只有把这条脉络看清楚,才能理解中国这些年在太空探索上的真功夫。
轨道计算:从“东风1号”到惊艳世界
如果说空气动力学是飞机的根基,那么轨道动力学就是空间武器的根基。中国在这条路上的积累并非一蹴而就,其脉络清晰地体现在能力的两次飞跃上:从追求“算得准”的绝对轨道,到掌握“玩得转”的相对轨道。
最初的起点是地对地导弹。上世纪五六十年代,第一代科研人员在钱学森的率领下,纸笔间反复推算抛物线,为的是让“东风1号”导弹在数百公里外击中目标。这种会算账的硬功夫,为轨道计算打下了地基。赵瑞安这样的科学家,正是从那个时代走出来,将导弹曲线的数学经验,升华为太空轨道设计的底层算法。
中国轨道计算第一次惊艳世界,是2007年的反卫星试验。外行看的是中国发射一枚导弹击毁了一颗退役的气象卫星,内行看的是算术的胜利。拦截的关键在于精确计算两个高速运动目标的轨道,并让它们在预定的时间、预定的空间点上交汇。这次成功,标志着中国对绝对轨道的预测与设计能力已达到极高精度。
而技术的深化,则体现在将轨道计算应用于更复杂的场景,其核心从“绝对轨道”走向“相对轨道”。
“上帝之杖”试验的本质,是高超音速再入体轨道设计的胜利。美国渲染的太空轰炸概念,号称一发可毁一座城,其核心技术难点之一,在于重型金属棒从太空再入大气层时,会面临极端的气动、热效应,其轨道是一个复杂的动力学过程。
美国画的饼中国给做出来了,中国团队通过试验进行验证,让钨棒以超高速度精准命中目标点,并与理论弹坑数据高度吻合——这不光证明了中国在复杂环境下的轨道精确模拟、预测与重构能力,还证明了美国的不靠谱:一根140公斤的钨棒从天而降,其直径为0.11米、长度0.84米,以4650米/秒的速度砸向砂石地面。结果呢?留下的只是一个深3.0米、直径4.6米的抛物形弹坑,换算能量,大致相当于几百公斤TNT的爆炸威力,顶多相当于大口径火炮射击,跟毁灭城市不沾边。
今年1月发射的“实践二十五号”太空加油机则是相对轨道控制的集大成者。它的厉害之处不在于加油,而在于太空对接。太空加油机与目标卫星不是各自在独立轨道上运行,而是必须进行精密的相对轨道优化:首先机动到同一轨道面,然后通过多次微调逐步逼近,最终在厘米级精度、近乎为零的相对速度下实现对接。
这背后的轨道计算,远比简单的拦截复杂,要求对两个航天器的相对位置、速度、姿态进行连续、实时的高精度控制。这种能力,使得航天器能从一次性消耗品变为可维护、可升级的太空资产,其军事价值——如对特定目标进行近距离侦察或干预——不言自明。
因此,从摧毁卫星的激烈碰撞,到为卫星“延寿”的轻柔对接,其共同根基都是日益精进的轨道设计与优化能力。赵老爷子那句“搞轨道计算”,背后正是一条从保障基础打击,到支撑战略反导,再到赋能未来太空主导权的技术长征。
红旗-29乃是国之反导神器,连美国也没有对应武器。
轨道优化:从算术到高等数学
如果说轨道计算是空间武器的“算术”,那么轨道优化就是“高等数学”。它不仅要回答能否实现,更要回答如何以最小代价、最高可靠性达成目标。赵老说,优化能让效率成倍提升,这正是中国航天工程哲学的核心——将精准的数学计算,升华为最优的工程实践。这一点在中国近年的几次代表性任务中体现得淋漓尽致。
第一例,是红旗-29的反洲际导弹拦截。
洲际导弹弹道高、速度快,拦截窗口转瞬即逝。中国的方案展现了轨道优化的威力:敌方洲际导弹起飞后,我方迅速解算其弹道,为红旗-29的动能战斗部规划一条最优的预定交汇轨道,让两者在数百公里高的太空“准时赴约”。这种料敌于先的能力,直接拉大了实战中的拦截概率。
第二例,是嫦娥六号的月球采样返回。
2024年,嫦娥六号实现世界首次月球背面采样返回,将轨道优化艺术演绎到极致。其难点在于多体轨道间的精准衔接:月面起飞、月轨交会对接、精确注入地月转移轨道、最终精准再入地球,如同一场持续数周、分秒不差的太空芭蕾,堪称中国轨道动力学计算精度与可靠性的终极证明。
第三例,是“天问一号”的火星探测任务。
与美国将“环绕”与“着陆”分多次任务完成的“分步走”模式不同,中国“天问一号”首次发射便一次性实现“绕、着、巡”三大目标——这背后,是轨道优化能力在行星际尺度上的极致展现。任务团队为探测器组合体设计的地火转移轨道,需确保其在飞行数亿公里后能被火星精准捕获。进入环火轨道后,轨道器与着陆巡视器需在最佳时机分离,后者自主切入再入轨道,前者则调整为中继探测轨道。这一系列动作的成功,意味着中国掌握了行星际轨道设计、捕获控制、多目标轨道协同等顶级技术。
这种一步到位的方案,极大降低了任务的总成本和时间周期,将发射风险集中一次化解,体现了中国航天“以算法上的极致精确,换取工程上的最大简洁”的独特思路。
纵观这三项任务,其共性清晰可见:中国航天的解决方案都锚定在轨道优化这一根本之上,通过超前的精确计算,将高风险转化为最优路径。这既是赵瑞安等老一辈科学家奠定的学术基因,也塑造了中国空间战略以算法驱动、以效能为先的独特风格。
国之重器
赵老其人与其著作,恰是中国航天发展路径的一个缩影:不尚空谈,唯求实效。他的《空间武器轨道设计》推演的诸多构想,正不断被现实印证。美国不遗余力推动太空武器化、太空军事化,甚至故伎重施,抛出“金穹计划”——规模堪比拖垮苏联的“星球大战计划”。美国“金穹计划”看似前沿的概念,本质上并未超越基于轨道动力学的攻防逻辑。
二者的根本区别在于,一方追求战略宣示与威慑,而另一方,如赵老一代人,则致力于打造深藏于代码与方程之中的、能够精确掌控太空轨道的算法体系——这才是最根本的国之重器。
这揭示了一个超越奖项评价体系的真理:真正的战略能力,源于扎实的工程科学积累。当世界的目光追逐诺贝尔奖时,塑造未来安全格局的基石,正在这些“扫地僧”的演算中悄然铸就。
因此,公园里那位笑谈“这是我写的”的老人,其身影背后,是中国航天数十年的厚重积累。他所代表的科学方法与技术传统,是一个国家能够和平利用太空、并坚定捍卫自身太空利益的最深底气。
本文来自微信公众号:底线思维,作者:白玉京