10、9、8、7……十秒倒计时开始。
1月12日16时，在酒泉卫星发射基地，力鸿一号遥一火箭轰鸣而起，拖着一道长长的尾焰划破天际。当跨越100公里的“卡门线”（即外太空与地球大气层的分界线），抵达约120公里的弹道顶点时，力鸿一号启动无动力返回。
不远处的指控大厅内，中山大学师生屏住呼吸，紧盯着屏幕。距地面70公里时，火箭一路灵活调整“回家”路线，最终以高精度定点、定姿落地。
这是国内首次针对火箭在线轨迹优化制导技术完成的百公里级亚轨道飞行试验。这一试验的成功，为我国火箭未来可重复使用及实现“航班化”发射奠定了坚实的基础。
力鸿一号遥一飞行器发射升空。
成功驾驭此次返程的火箭“大脑”，是由中大师生抓总研制的箭载制导计算机“慎思二号D”，集成了由该校自主研发的“在线轨迹优化制导”算法，能在复杂飞行环境中，为无动力的箭体回收实时寻出一条最优路线。
从2019年布局算法研究到如今投入飞行试验，为了攻克这一技术难关，中大团队已经深耕了7年。今年春节，他们依然没有停歇，马不停蹄地打磨升级版的“慎思”二号单机、论证试验可行性，筹备新一轮飞行。
通过算法创新来弥补算力的不足
系统科学与工程学院藏在中大校园东北角一处坡路上。搭乘电梯上6楼，狭长的走廊里挨着一整排实验室，装潢简单明亮。
在这里，中大师生花了7年时间来琢磨一件事：如何让火箭“自己回家”。
古往今来，人们探索星空的脚步从未停下。从敦煌飞天的形象、嫦娥奔月的传说，到把卫星送上轨道、把航天员送入太空的科技突破，中国人“上天”的故事数不胜数。而让火箭“回家”的技术，全球航天界至今仍在竞逐。
十年前，美国SpaceX公司可回收运载火箭“猎鹰9号”的首次成功回收，引起了历史性轰动。但彼时，全球航天科技公司都望而却步，甚至持质疑态度——“二手火箭”靠谱吗？
“这些年，中国商业航天发展飞快，新公司如雨后春笋般冒出来，但研究火箭回收的很少。”做了20年航空航天研究，中大系统科学与工程学院院长陈洪波对此十分关注，心里反复琢磨。
2019年，“猎鹰9号”已经来回飞了近10次。陈洪波意识到，“火箭回收技术是必须攻克的一关”。于是，他在中山大学组建攻关团队，瞄准其中关键一环进行布局——研发一套智能算法，让火箭在无动力返回、无人工干预的情况下，能自主、实时规划最优路径，精准回到预定落点。
也就是说，要为火箭装上能自动回家的“大脑”。火箭从百公里高度高速下坠，与大气剧烈摩擦后会产生强烈的非线性扰动，飞行状态瞬息万变。算法要在极短的时间内、在极不稳定的环境中，规划出一条精准的返程路线。
力鸿一号遥一飞行器发射升空。
“火箭规划返程路线需要一秒钟计算50次，得让它自己知道‘我在哪、要去哪、现在该怎么飞’。”中大系统科学与工程学院副教授、型号副总设计师王劲博说。
在火箭返回途中，路线该怎么走、姿态该怎么调……种种问题，都得由这套算法说了算。但棘手的问题摆在面前：现有的箭载计算机算力有限，“跑”不动这套需要实时计算的复杂算法。
“在航天领域，计算处理器件往往选用主频相对较低的计算机，因此计算能力有限，只能跑一些相对简单的算法。”王劲博解释，这一方面是因为航天器内空间“寸土寸金”，如果往加强算力的方向发展，就意味着计算机要占据更大的空间和重量，要尽量“节约”这部分空间用于其他必需物品的搭载。
更重要的是，在强辐射空间里，计算机主频越高、算力越好，反而越容易受到高能粒子的“攻击”，从而发生空间辐射“单粒子效应”，使数据出错、指令紊乱，这对火箭回收而言无疑是个硬伤。
理想状态下，等未来有了更好的芯片，也许能解决这个难题。可是，芯片升级成本高、周期长，同时算法还在不断迭代，很难等到完美适配的那一天。
“有没有其他路子？”陈洪波和团队反复碰撞，终于找到了新的突破口——与其让硬件来“托住”算法，不如通过算法创新来弥补算力的不足。也就是要在算力相对有限的箭载计算机上，把“在线轨迹优化制导”所需的高密度计算“跑”通、“跑”快。
具体怎么做？王劲博介绍，传统算法是“串行”的，处理任务得逐个排队。而他们所做的，就是把算法拆开，让不同的计算任务在芯片的多个核心上同时运行，相当于把“单行道”变成了“多车道”。
他打了个比方：“好比景区原本只设一个入口，只能一人一票一通行，但游客一多就堵住了。现在多开几个通道，大家就能同时进，效率自然就上来了。”
为未来火箭“航班化”打下基础
有了创新的思路，其落地还得有芯片的支撑。值得一提的是，“慎思二号D”箭载制导计算机100%采用国产元器件。王劲博介绍，近年来，国产抗辐射处理器从单核向多核发展，为系统的并行计算提供了硬件基础。
有了这个底子，团队在数据调度、任务同步等底层架构上精雕细琢，确保多个核心跑完后能把结果准确拼起来。
2022年，历经数次地面仿真实验后，这套算法首次搭乘运载火箭，在真实飞行环境中试验。不过，这一次虽然算法全程实时计算，但不实际“指挥”火箭。
数据传回后，团队对比分析发现，算法表现不错，计算结果准确。陈洪波心里有底了。
继续一次次调试、一轮轮验证……最终诞生的“慎思二号D”箭载制导计算机集成了团队自主研发的在线轨迹优化算法，并采用了100%全国产元器件。
其名字中，“慎思”二字取自中大校训，“慎思一号”为非飞行试验计算样机，“D”表示该箭载计算机基于国产DSP处理器。
中大自主研制的“慎思二号D”（SS-2D）箭载制导计算机。
要验证算法是否真的管用，必须让它到真实的飞行中接受检验。2024年初，中大团队与中科宇航敲定合作，将“慎思二号D”装上了力鸿一号试验火箭。这一次，算法进入控制回路，在百公里级高度飞行剖面条件下实时决策、实时指挥。
在1月12日的发射试验中，自力鸿一号返回至距地面70千米开始，“慎思二号D”开始执行在线轨迹优化返回制导程序。在极其复杂多变的外部条件下，最终，火箭的坠落点与目标落点仅有数百米误差。
百公里返回落点精度达到百米量级，这是一个突破性的成就。试验结果表明，该算法能够满足高动态飞行条件下的实时制导需求。
火箭落区回收到的数据记录仪。
“在复杂系统工程中，国外倾向于通过快速试错来迭代技术，比如发射火箭，他们接连地炸一发，再炸一发，直至成功。”王劲博说，而中国航天受“两弹一星”精神影响深远，形成了严密的“归零”机制，如果失败，就要彻底找到问题根源并解决，才能复飞。
尽管成本高、周期长，但稳扎稳打，具有高可靠性。陈洪波介绍，在经过进一步算法改造后，“慎思二号D”能适配多类运载火箭和试验飞行器，可为我国火箭发射“航班化”、低成本进入空间技术发展提供有力支撑。
火箭发射的“航班化”，就是像飞机航班一样常态化、高频次发射。这就要求火箭能灵活应对突发状况，比如发射场天气不好、着陆区有突发状况，甚至在空中遇到故障时，要能自己决策去哪个备降点最安全、最经济。
当前，商业航天公司对此的制导方案多为预设落点，即发射前在地面算好，让火箭按既定路线落到指定地点。但陈洪波指出：“大家坐飞机都知道，临时备降是常事。如果制导方案只能去一个预设落点，航班化就难以实现。”
而中大这次验证的“在线轨迹优化制导”，恰恰瞄准了这一未来需求，为其提供了重要技术支撑——在无动力情况下实时调整火箭回收轨迹，意味着选择备降点的条件将大大放宽。
“是师生，也是同事”
运载火箭可回收技术如今已是商业航天公司竞相追逐的目标，在这个炙手可热的研发赛道，高校有什么竞争力？中大团队给出的答案是——有组织的科研。
与企业相比，高校拥有更优良的跨学科土壤、更完善的有组织科研条件，是此次项目顺利推进的关键。
项目启动之初，团队就建立了“总师团+专项任务副总师+项目办”的科研组织体系，由陈洪波挂帅总指挥，把握战略方向；王劲博作为副总师，牵头技术攻关；项目办则像一个“中枢神经”，协调进度、管理流程、保障资源。
“过去的科研模式以单点突破、分散作战为主，如今我们构建了以工程目标为牵引、多学科深度协同的新型攻关模式。”中大前沿交叉创新研究院副院长、型号办副主任郭涟涟说。
为此，中大系统科学与工程学院先施展了一套“易筋经”——打破学科壁垒，注重学科交叉，将航空航天、计算机、控制、电子信息等多个学科专业深度融合。
其中，王劲博是“跨界融通”的典型代表。他本科在哈尔滨工业大学就读计算机专业，后修读飞行器设计，两个领域都懂。“如果不懂计算机底层架构，就想不到从算法优化入手；如果不懂航天需求，优化出来的算法也用不上。”陈洪波说。
“慎思二号D”试验队成员在火箭落区留影。
力鸿一号腾空而起，扬尘漫天。160公里外，中大系统科学与工程学院博士三年级学生张嘉凯仰着头，看着那道火光越来越小，最后消失在天际线。
当天，张嘉凯的任务是在降落区等待火箭落地，找回“慎思二号D”。控制火箭精准返回，其中就有张嘉凯写下的代码。这是他第一次参与大工程科研，担任了型号制导算法工程师，负责返回段制导算法设计。
这是中大的一项创举：在有组织的科研中探索新型育人模式，聘任学生为重要岗位的工程师，让学生在真实的“战场”上淬炼真本事。
2024年10月，中大专门举行了一场聘任仪式，方正的“大红本”聘书被郑重地递到他们手中。“聘书捧在手里沉甸甸的，像新兵拿到了枪。”同为型号制导算法工程师，中大系统科学与工程学院博士生马家睿说，那一刻真正感受到自己是“要在这个项目中和老师并肩作战、承担责任的人”。
聘任仪式。
受聘的学生，来自数学、计算机、材料、航空宇航科学技术等不同专业方向。围绕各自的论文主题，他们在项目中验证算法、创新研究，促使自己做出来的课题能够落地应用。
在飞行器轨迹优化、计算制导方法、箭载嵌入式系统、系统仿真等核心环节，这群“学生工程师”累计敲出了数万行算法代码。
“高校能做的，不只是攻克一项技术，更是种下一批种子。”陈洪波说。
