00后大學(xué)生自制火箭成功發(fā)射 未來想用火箭送快遞
2020-08-17 07:38:42 來源: 中國青年報
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  先鋒00后大學(xué)生自制火箭成功發(fā)射并回收

  未來想用火箭送快遞

  “未來可期!”“大一就把畢設(shè)做完了!”近日,一條學(xué)生自制固體火箭成功發(fā)射的視頻在嗶哩嗶哩視頻網(wǎng)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,彈幕留言超6000條,而在抖音中同時發(fā)布的視頻,已收獲800余萬的播放量。

  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,飛行190米后下落,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(xiàn)了一枚火箭從自主設(shè)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(shè)計者名叫劉上,就讀于南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院航空航天工程專業(yè),剛結(jié)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(wǎng)友們大呼“真是專業(yè)大神”!

  37個視頻,一步步攻克難關(guān)

  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(wǎng)課之余制作的。

  早在去年10月,劉上已經(jīng)有了這樣的設(shè)想?!爱敃r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,有很多知識點沒有理解”。

  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(guān)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制作過程。

  劉上介紹,最初只打算做成簡單的火箭模型,在設(shè)計時并未考慮各種現(xiàn)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。

  在視頻的評論區(qū)中,劉上寫道:“這個項目我會持續(xù)地做下去,這是一個充滿著困難與挑戰(zhàn)的過程,同時也是一個長久的過程,需要我不斷地去學(xué)習(xí)、不斷地去探索、不斷地去嘗試,但只要我一直堅持下去,說不定哪天就成功了?!?/p>

  在半年多里,通過自學(xué)和與愛好者們交流,劉上點亮了機械設(shè)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(xiàn)火箭的成功發(fā)射。B站賬號上的37個視頻,則記錄了劉上一步一個腳印的研制過程。

  “推力矢量控制(TVC)”“姿態(tài)控制”“模塊化設(shè)計”“可重復(fù)使用”……這些都是這枚火箭的“?!碧幩??;鸺褂昧藙⑸献灾频腡VC發(fā)動機。發(fā)動機的噴口可以向不同方向偏轉(zhuǎn),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(shè)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(nèi)孔,推力平穩(wěn);自帶起落架,無需發(fā)射架輔助便能起飛。

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

  10個月試驗,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4個月的嘗試,劉上經(jīng)歷了數(shù)次失敗。

  第一大難題便是發(fā)動機矢量噴口的設(shè)計,對這方面知識儲備不足的劉上參考了很多圖書,設(shè)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(jié)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?!眲⑸险f。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?!半m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”。

  6月的發(fā)動機測試接連兩次失敗,劉上損失了上千元,也對他造成了不小的打擊。經(jīng)過一番調(diào)整,他和伙伴中的燃料高手不斷討論,最后通過調(diào)整配方、冷凍燃料表面等方法解決了問題。

  南航航天學(xué)院2019級航天中烏班學(xué)生白澔烔是劉上的好友。去年劉上提出制作火箭的設(shè)想后,白澔烔一直與劉上保持著交流。

  去年航天學(xué)院運動會,白澔烔發(fā)現(xiàn)劉上在操場上自學(xué)單片機相關(guān)知識,“他快速突破一個個知識點,尤其是疫情期間,研究進程突飛猛進”。白澔烔說,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,“愛好者之間相互幫助交流是很重要的環(huán)節(jié)”。

  劉上表示,同鄉(xiāng)兼網(wǎng)友劉奕兵是給予自己最大幫助的人。從最初的發(fā)動機加工一直到視頻后期制作,劉奕兵幾乎在現(xiàn)場參與了每一次測試和火箭最后的發(fā)射。

  劉上也經(jīng)常在愛好者組建的交流群中分享自己的研制進度和難點,與成員們相互交流。由于常常埋頭研究到凌晨兩三點或者更晚,第二天早上照常上課,群友們都稱他為“肝帝”。

  “這枚火箭還沒有達到最高的性能?!眲⑸媳硎?,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(shù)據(jù),將繼續(xù)改進程序算法?!拔业淖罱K目標是用火箭送快遞?!眲⑸辖榻B。為此,他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?!?/p>

  7年熱愛,追求無止境

  早在初中時,劉上就已發(fā)射過自制火箭,并用自制的無人機航拍?!皵z影、視頻制作、航模、穿越機花飛、火箭、外骨骼,他什么都玩。”白澔烔說。

  得益于父母的大力支持,劉上能將更多的精力投入到興趣上。平日里,劉上閱讀的書籍全是自己搜集來的專業(yè)書,房間內(nèi)也擺滿了各類制作模型的設(shè)備和工具,劉上自己都覺得“有點走火入魔的感覺”。

  在劉上的房間里,貼著一張SpaceX的海報,SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克是劉上的偶像。初中時,劉上了解到SpaceX公司的可回收垂直起降的火箭,瞬間被吸引,加上對各類科幻電影的喜愛,都影響了他的研究方向。

  “我就是想搞點好玩炫酷、對社會有價值的東西出來。”在劉上看來,視頻的爆紅有因可循,“以前大家都覺得只有國外網(wǎng)友能玩火箭,所以在國內(nèi)看到會覺得還蠻驚喜的。如果我能繼續(xù)成功,應(yīng)該還是挺鼓舞人的。”

  在視頻發(fā)布后,“BPS.space”也注意到了劉上的成果,并評價:“不可思議,這是非凡的作品!”

  “與其他大一新生的微信朋友圈‘畫風(fēng)’不同,劉上的朋友圈記錄了他在航天道路上的每一步成長?!眲⑸系谋究粕鷮?dǎo)師、航天學(xué)院副院長朱旭東說。了解到劉上在航天科創(chuàng)方面的熱情后,學(xué)院聯(lián)系了相關(guān)領(lǐng)域的教授對他進行專門的指導(dǎo)。據(jù)了解,本科生導(dǎo)師制是航天學(xué)院為學(xué)生選任專門指導(dǎo)老師的培養(yǎng)制度,在本科生入學(xué)時為每個寢室4名學(xué)生配備1名專業(yè)指導(dǎo)老師。

  大一期間,劉上加入了學(xué)校的航模隊。航模隊老師史明雙指導(dǎo)劉上用自制火箭申報了航空特色科技創(chuàng)新基地創(chuàng)新項目,獲得了學(xué)校的經(jīng)費支持。

  2014年,還在上初中的劉上曾在QQ空間里寫下:“我覺得最吸引我的東西是航模、火箭、化學(xué)?!?年里,他一直堅持著自己的熱愛,“我的追求一直沒停,今后希望將熱愛變成事業(yè)”。(記者 李潤文)

【糾錯】 責(zé)任編輯: 薛濤
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