一枚火箭垂直降落，发动机喷出烈焰，这种高温高速气体究竟会怎样流动？多台发动机同时工作，尾焰相互碰撞之后，压力和热量又会集中到哪里？
只有弄清楚这些问题，才能有针对性优化箭体内部结构强度，从而让火箭真正实现回收后重复利用。在我国目前大力研究可重复使用火箭时，这方面的研究意义重大。
现在，国产算力正在参与此类研究。近日，中科曙光联合西安交通大学科研团队，依托曙光8000，完成了33喷口火箭发动机阵列超声速尾焰的超大规模高保真数值模拟，计算规模达到6.774万亿网格单元，这是已知规模最大的超声速时空耦合高精度射流仿真案例。
对于采用动力减速和垂直着陆的火箭，发动机承担着两种不同的任务。上升时，它把火箭向上推。返回时，它需要在合适的时机重新启动，降低下降速度，并配合控制系统调整姿态。发动机在上升和下降都会喷出气体，但周围的流动环境却已经发生变化。
尤其在高速返回、实施反推减速时，喷流可能迎着外部来流冲出去。两股高速气流相遇，会形成复杂的激波、剪切层和回流区域，影响飞行器受到的气动力，这需要借助计算流体力学进行研究。
火箭发动机喷出的气体会改变火箭周围的空气怎样流动，如果只有一个喷口，流动已经足够复杂。多个喷口同时工作，各股尾焰还会相互挤压、卷吸和混合，形成不断变化的流动结构。
科研人员需要知道，压力波动有多大，出现在哪些位置，又持续多长时间。涉及热防护时，还要进一步判断高温气体如何影响箭体附近的热环境。这些信息会影响结构设计，也会影响防热方案。只有把这些环境弄清楚，才能实现火箭的可靠回收。
数值模拟需要把研究的空间划分成大量小单元，再通过物理方程，计算气体的速度、压力、密度等变量如何变化。每个单元的结果都与周围单元有关，气体从一个区域流向另一个区域，携带的质量、动量和能量也随之传递。计算机要把这些相互影响不断算下去，才能重现尾焰的发展过程。
所谓时空耦合，涉及的正是流动在空间和时间上的共同变化。研究人员既要知道某一刻哪里出现了压力变化，也要追踪这种变化怎样传播、怎样与其他流动结构相互作用。更细致的空间划分、更充分的时间解析，可以帮助研究人员识别原先难以分辨的细节，同时也会显著增加计算负担。
33个喷口共同形成的尾焰是一个整体流动系统，既要覆盖足够大的研究区域，又要解析其中细小而快速的变化，计算规模自然会迅速膨胀。这也是超大规模计算的价值所在，它让科研人员有条件研究更复杂的问题，减少为了适应算力限制而不得不作出的简化。
如此庞大的计算，难点远不止运算次数多，大规模科研计算考验的是整套系统。而火箭回收涉及到的复杂计算，就是曙光8000发挥的时候了。
曙光8000（代号“登峰”）是中科曙光（Sugon）研发的中国首个全国产十万卡AI超集群超级计算机，该系统于2026年在智能计算应用大会上正式宣布落成，并同步接入了国家超算互联网，标志着AI基础设施建设正式迈入十万卡级部署阶段。
曙光8000采用超智融合技术路线，支持高精度科学计算和智能计算等不同类型的任务，并把计算、网络、存储和散热等能力纳入系统建设。
硬件有了，科研软件还需要适配。此次中科曙光和西安交通大学科研团队合作的一项工作，就是优化计算方法，减少不必要的数据读写和通信开销，提高大规模并行计算效率。
因为真实试验十分宝贵，也很难覆盖所有情况。发动机试车、风洞试验和飞行试验，能够提供重要数据。但不同设施各有适用范围，飞行中的速度、高度、气体状态和发动机工作条件，也很难在地面一次完整重现。
相关流动条件下的地面和飞行试验存在难度与成本限制，所以需要计算模拟，并通过不同程序之间的比较、计算与风洞数据之间的比较来验证方法。
在火箭回收研究方面，从工程应用角度看，高精度尾焰模拟可以帮助研发人员判断哪些位置值得重点布置测量设备，哪些工况值得优先安排试验，哪些结构方案需要进一步调整。
例如，多喷口布局变化之后，尾焰相互作用会怎样改变？发动机推力调整之后，压力分布是否出现明显差异？这些问题可以先在计算中进行比较，再选择更有价值的方案开展验证。
对于防热设计，研发人员需要进一步结合模拟得到的流动环境，评估热量怎样传递到结构，以及不同材料和防护方案能否满足要求。对于结构安全，还要把相关载荷用于后续分析，研究局部变形、振动和损伤风险。
可靠的研发过程，需要让模拟和试验反复对照。试验发现计算中的偏差，计算帮助解释试验中的现象，再共同推动设计调整。
对于可重复使用火箭，火箭回收回来，只完成了重复使用目标中的一部分。接下来还要检查发动机，评估结构状态，确认哪些部件可以继续使用，哪些需要更换。完成这些工作之后，才能安排下一次飞行。
如果每次回来都需要大范围拆解和长时间维修，重复使用的经济优势就会受到影响。所以，研究火箭回收时的尾焰和热环境情况，对于可重复使用火箭的发展意义重大。
热门跟贴