◎ 張紫略 倪 子涵 柯龍婕 旻 科技日?qǐng)?bào)記者 張曄

“倒計(jì)時(shí)開始

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發(fā)射！”

“未來可期”“太強(qiáng)了，這才是后浪”“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(shí)間里，該視頻播放量就達(dá)到41.6萬(wàn)，目前閱讀量超過百萬(wàn)，有著超6000條彈幕留言，而在抖音中同時(shí)發(fā)布的視頻，已收獲800余萬(wàn)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(jì)時(shí)開始，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，火箭拖著尾煙升空，成為點(diǎn)綴在晚霞與圓月構(gòu)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(xiàn)了一枚火箭從自主設(shè)計(jì)，到流體仿真、制造、測(cè)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(jì)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(shí)之多，令網(wǎng)友們大呼“真是專業(yè)大神！”

疫情期間上網(wǎng)課之余制作火箭

37個(gè)視頻記錄全過程

“推力矢量控制（TVC）”“姿態(tài)控制”“模塊化設(shè)計(jì)”“可重復(fù)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(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)是劉上此次最滿意的設(shè)計(jì)之一，在民間火箭愛好者的圈子里也是一個(gè)不小的突破。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)使用“c型”燃料內(nèi)孔，推力平穩(wěn)；自帶起落架，無(wú)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(duì)劉上而言同樣是全新的嘗試。有了它，升空后的火箭會(huì)根據(jù)傳感器收到的數(shù)據(jù)，在空中自動(dòng)調(diào)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(wú)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(wǎng)課之余制作的。

但早在去年10月，劉上已經(jīng)有了這樣的設(shè)想。 “當(dāng)時(shí)看到國(guó)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(shí)點(diǎn)沒有去了解。”

2019年10月19日，劉上通過自己的B站賬號(hào)發(fā)布了第一個(gè)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的制作過程。

劉上介紹，這枚火箭他最初只打算做成簡(jiǎn)單的模型，所以在設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮各種現(xiàn)實(shí)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(dòng)機(jī)使這個(gè)模型飛起來的想法。

在半年多的時(shí)間里，通過自學(xué)和與愛好者們交流， 劉上點(diǎn)亮了機(jī)械設(shè)計(jì)、3D建模、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料、編程、飛控算法、3D打印的“技能樹”，才最終實(shí)現(xiàn)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(dòng)機(jī)地面試車失敗》《自制碳纖維固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)第七次測(cè)試取得圓滿成功》……B站賬號(hào)上的37個(gè)視頻，記錄了劉上一步一腳印的研制過程。

10個(gè)月實(shí)驗(yàn)

在一次次失敗中找到答案

在研制中，矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的部分是耗時(shí)最久的。近四個(gè)月嘗試，劉上經(jīng)歷了數(shù)次失敗。

第一大難題便是發(fā)動(dòng)機(jī)矢量噴口的設(shè)計(jì)，對(duì)這方面知識(shí)儲(chǔ)備不足的劉上參考了很多圖書，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)高度吻合。

“另一個(gè)是燃料問題，我對(duì)于燃料方面的了解不夠深入。”劉上說。研制過程需要大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)，火箭燃料的安全問題更是重中之重，不容許一點(diǎn)失誤。“雖然有危險(xiǎn)，但都是可控的。試驗(yàn)的時(shí)候會(huì)找無(wú)人的地方，提前找好掩體，備好滅火器，遙控點(diǎn)火。”

在6月份的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中，劉上接連發(fā)生兩次失敗。 測(cè)試時(shí)，矢量控制系統(tǒng)已經(jīng)成型，發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝有矢量噴口、高速舵機(jī)等部件，成本很高。兩次失敗讓劉上損失了上千元，也對(duì)他造成了不小的打擊。經(jīng)過一番調(diào)整，他和伙伴中燃料方面的高手不斷討論，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(jí)航天中烏班學(xué)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(wǎng)名與劉上在科技論壇相識(shí)。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(yùn)動(dòng)會(huì)，我就發(fā)現(xiàn)他在操場(chǎng)上獨(dú)自在自學(xué)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)，他就是這樣非常快速地突破了一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，尤其是疫情期間，研究進(jìn)程突飛猛進(jìn)。劉上的個(gè)人能力毋庸置疑，但有控火箭涉及方面很多，不可能每一點(diǎn)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(wǎng)友劉奕兵是給予他最大幫助的人。從最初的發(fā)動(dòng)機(jī)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(xiàn)場(chǎng)參與了每一次測(cè)試和火箭最后的發(fā)射，測(cè)試時(shí)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(nèi)的火箭愛好者，二人在網(wǎng)上認(rèn)識(shí)后一拍即合，很快成為火箭研制之路上的堅(jiān)強(qiáng)支持。

“這枚火箭還沒有達(dá)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(shù)據(jù)，將繼續(xù)改進(jìn)程序算法。“我的最終目標(biāo)是用火箭送快遞，”劉上介紹，裝載著貨物的火箭“快遞員”會(huì)精準(zhǔn)地射向目的地，并在到達(dá)后通過減速發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)軟著陸。”

對(duì)此，不少網(wǎng)友點(diǎn)贊：大寫的“牛”！

來源：科技日?qǐng)?bào) 文中圖片來自網(wǎng)絡(luò) 部分由作者提供

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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