◎ 張紫略 倪 子涵 柯龍婕 旻 科技日報記者 張曄

“倒計時開始

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發(fā)射！”

“未來可期”“太強了，這才是后浪”“大一就把畢設做完了！”

近日，一條學生自制固體火箭成功發(fā)射的視頻在嗶哩嗶哩視頻網站（B站）上火了。

不到一天的時間里，該視頻播放量就達到41.6萬，目前閱讀量超過百萬，有著超6000條彈幕留言，而在抖音中同時發(fā)布的視頻，已收獲800余萬播放。

視頻中，一枚擁有透明箭體、外形炫酷的火箭矗立在一片空地上等待發(fā)射。倒計時開始，發(fā)動機點火，火箭拖著尾煙升空，成為點綴在晚霞與圓月構成背景板上的一處明麗的光亮。隨后火箭下落，降落傘成功打開，火箭順利著陸并被回收。

隨后，視頻完整展現了一枚火箭從自主設計，到流體仿真、制造、測試、控制，并最終發(fā)射和回收的全過程。

這則視頻的作者、火箭的設計者名叫劉上，就讀于南京航空航天大學航天學院航空航天工程專業(yè)，剛結束大一的所有課程。 視頻中所有步驟都由他自主完成，其中涉及的專業(yè)知識之多，令網友們大呼“真是專業(yè)大神！”

疫情期間上網課之余制作火箭

37個視頻記錄全過程

“推力矢量控制（TVC）”“姿態(tài)控制”“模塊化設計”“可重復使用”……這些都是這枚火箭的“牛”處所在。

火箭搭載了劉上自制的TVC發(fā)動機。發(fā)動機的噴口可以向不同方向偏轉，只要稍稍改變方向，就可以保證火箭筆直升空。

這枚TVC發(fā)動機是劉上此次最滿意的設計之一，在民間火箭愛好者的圈子里也是一個不小的突破。此外，發(fā)動機使用“c型”燃料內孔，推力平穩(wěn)；自帶起落架，無需發(fā)射架輔助便能起飛。

為火箭安裝姿態(tài)控制系統(tǒng)對劉上而言同樣是全新的嘗試。有了它，升空后的火箭會根據傳感器收到的數據，在空中自動調整姿態(tài)。火箭還在空中完成了推力矢量和鴨翼控制的切換，全程無需遙控。

這枚火箭高約96cm，直徑9.5cm，重3.1kg，不同部件用到了光固化樹脂、電木、尼龍、PC塑料、碳纖維、不銹鋼等材料，是劉上疫情期間在家中上網課之余制作的。

但早在去年10月，劉上已經有了這樣的設想。 “當時看到國外知名的愛好者’BPS.space’制作的姿態(tài)控制火箭，激發(fā)了靈感。不過最初的想法非常粗糙，有很多空白的知識點沒有去了解。”

2019年10月19日，劉上通過自己的B站賬號發(fā)布了第一個相關視頻《小型矢量噴管姿態(tài)自穩(wěn)固體火箭》，展示了作為固體火箭雛形的模型火箭的制作過程。

劉上介紹，這枚火箭他最初只打算做成簡單的模型，所以在設計時并未考慮各種現實性因素，不過隨著模型漸漸完成，便有了使用固體火箭發(fā)動機使這個模型飛起來的想法。

在半年多的時間里，通過自學和與愛好者們交流， 劉上點亮了機械設計、3D建模、發(fā)動機、燃料、編程、飛控算法、3D打印的“技能樹”，才最終實現火箭的成功發(fā)射。

《模型小火箭發(fā)射》《小型火箭TVC推力矢量控制器》《固體火箭發(fā)動機地面試車失敗》《自制碳纖維固體火箭發(fā)動機第七次測試取得圓滿成功》……B站賬號上的37個視頻，記錄了劉上一步一腳印的研制過程。

10個月實驗

在一次次失敗中找到答案

在研制中，矢量發(fā)動機的部分是耗時最久的。近四個月嘗試，劉上經歷了數次失敗。

第一大難題便是發(fā)動機矢量噴口的設計，對這方面知識儲備不足的劉上參考了很多圖書，設計完成后，和朋友一同完成了推力矢量的流體仿真，最終的仿真結果與實驗高度吻合。

“另一個是燃料問題，我對于燃料方面的了解不夠深入。”劉上說。研制過程需要大量實驗驗證改進，火箭燃料的安全問題更是重中之重，不容許一點失誤。“雖然有危險，但都是可控的。試驗的時候會找無人的地方，提前找好掩體，備好滅火器，遙控點火。”

在6月份的發(fā)動機測試中，劉上接連發(fā)生兩次失敗。 測試時，矢量控制系統(tǒng)已經成型，發(fā)動機上安裝有矢量噴口、高速舵機等部件，成本很高。兩次失敗讓劉上損失了上千元，也對他造成了不小的打擊。經過一番調整，他和伙伴中燃料方面的高手不斷討論，最后通過調整配方、冷凍燃料表面等方法解決了問題。

南航航天學院2019級航天中烏班學生白澔烔是劉上的好友，早在二人考入南航之前，白澔烔便以“Boss Monkey”的網名與劉上在科技論壇相識。去年劉上提出制作火箭的設想后，白澔烔一直與劉上保持著交流。

“去年航天學院運動會，我就發(fā)現他在操場上獨自在自學單片機相關知識，他就是這樣非常快速地突破了一個個知識點，尤其是疫情期間，研究進程突飛猛進。劉上的個人能力毋庸置疑，但有控火箭涉及方面很多，不可能每一點都兼顧，所以愛好者之間相互幫助交流是很重要的環(huán)節(jié)。”白澔烔說。

劉上表示，自己的同鄉(xiāng)兼網友劉奕兵是給予他最大幫助的人。從最初的發(fā)動機加工一直到視頻后期制作，這位朋友始終支持著自己，“他幾乎在現場參與了每一次測試和火箭最后的發(fā)射，測試時的素材他拍攝的比我自己還多，特別感謝他。”劉上介紹，劉奕兵是自己的同齡人，也是高校內的火箭愛好者，二人在網上認識后一拍即合，很快成為火箭研制之路上的堅強支持。

“這枚火箭還沒有達到最高的性能。”劉上表示，通過安裝在火箭上的傳感器和定位模塊，他采集到了本次飛行的各類數據，將繼續(xù)改進程序算法。“我的最終目標是用火箭送快遞，”劉上介紹，裝載著貨物的火箭“快遞員”會精準地射向目的地，并在到達后通過減速發(fā)動機安全軟著陸。為此，劉上確定了三步走的研發(fā)策略：“姿態(tài)控制、飛行軌跡控制、定點軟著陸。”

對此，不少網友點贊：大寫的“牛”！

來源：科技日報 文中圖片來自網絡 部分由作者提供

[責任編輯：楊凡、崔中連]

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