刘上|00后大学生自制火箭成功发射 未来想用火箭送快递

先锋00后大学生自制火箭成功发射并回收
未来想用火箭送快递
“未来可期!”“大一就把毕设做完了!”近日,一条学生自制固体火箭成功发射的视频在哔哩哔哩视频网站(B站)上火了 。不到一天的时间里,该视频播放量就达到41.6万,目前阅读量超过百万,弹幕留言超6000条,而在抖音中同时发布的视频,已收获800余万的播放量 。
视频中,一枚拥有透明箭体、外形炫酷的火箭矗立在一片空地上等待发射 。倒计时开始,发动机点火,火箭拖着尾烟升空,飞行190米后下落,降落伞成功打开,火箭顺利着陆并被回收 。随后,视频完整展现了一枚火箭从自主设计,到流体仿真、制造、测试、控制,并最终发射和回收的全过程 。
这则视频的作者、火箭的设计者名叫刘上,就读于南京航空航天大学航天学院航空航天工程专业,刚结束大一的所有课程 。视频中所有步骤都由他自主完成,其中涉及的专业知识之多,令网友们大呼“真是专业大神”!
37个视频,一步步攻克难关
这枚火箭高约96cm,直径9.5cm,重3.1kg,不同部件用到了光固化树脂、电木、尼龙、PC塑料、碳纤维、不锈钢等材料,是刘上疫情期间在家中上网课之余制作的 。
早在去年10月,刘上已经有了这样的设想 。“当时看到国外知名的爱好者‘BPS.space’制作的姿态控制火箭,激发了灵感 。不过最初的想法非常粗糙,有很多知识点没有理解” 。
2019年10月19日,刘上通过自己的B站账号发布了第一个相关视频“小型矢量喷管姿态自稳固体火箭”,展示了作为固体火箭雏形的模型火箭制作过程 。
刘上介绍,最初只打算做成简单的火箭模型,在设计时并未考虑各种现实性因素,不过随着模型渐渐完成,便有了使用固体火箭发动机使这个模型飞起来的想法 。
【刘上|00后大学生自制火箭成功发射 未来想用火箭送快递】在视频的评论区中,刘上写道:“这个项目我会持续地做下去,这是一个充满着困难与挑战的过程,同时也是一个长久的过程,需要我不断地去学习、不断地去探索、不断地去尝试,但只要我一直坚持下去,说不定哪天就成功了 。”
在半年多里,通过自学和与爱好者们交流,刘上点亮了机械设计、3D建模、发动机、燃料、编程、飞控算法、3D打印的“技能树”,才最终实现火箭的成功发射 。B站账号上的37个视频,则记录了刘上一步一个脚印的研制过程 。
“推力矢量控制(TVC)”“姿态控制”“模块化设计”“可重复使用”……这些都是这枚火箭的“牛”处所在 。火箭使用了刘上自制的TVC发动机 。发动机的喷口可以向不同方向偏转,只要稍稍改变方向,就可以保证火箭笔直升空 。这枚TVC发动机是刘上此次最满意的设计之一,在民间火箭爱好者的圈子里也是一个不小的突破 。此外,发动机使用“C型”燃料内孔,推力平稳;自带起落架,无需发射架辅助便能起飞 。
对刘上而言,为火箭安装姿态控制系统同样是全新的尝试 。有了它,升空后的火箭会根据传感器收到的数据,在空中自动调整姿态 。火箭还在空中完成了推力矢量和鸭翼控制的切换,全程无需遥控 。
10个月试验,在一次次失败中找到答案
在研制中,矢量发动机的部分是耗时最久的 。近4个月的尝试,刘上经历了数次失败 。
第一大难题便是发动机矢量喷口的设计,对这方面知识储备不足的刘上参考了很多图书,设计完成后,和朋友一同完成了推力矢量的流体仿真,最终的仿真结果与实验高度吻合 。
“另一个是燃料问题,我对于燃料方面的了解不够深入 。”刘上说 。研制过程需要大量实验验证改进,火箭燃料的安全问题更是重中之重,不容许一点失误 。“虽然有危险,但都是可控的 。试验的时候会找无人的地方,提前找好掩体,备好灭火器,遥控点火” 。
6月的发动机测试接连两次失败,刘上损失了上千元,也对他造成了不小的打击 。经过一番调整,他和伙伴中的燃料高手不断讨论,最后通过调整配方、冷冻燃料表面等方法解决了问题 。