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火箭|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

通讯员 张紫略 倪子涵 中青报·中青网采访人员 李润文
火箭|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
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“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 。
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 。
南航航天学院2019级航天中乌班学生白澔烔是刘上的好友 。去年刘上提出制作火箭的设想后，白澔烔一直与刘上保持着交流 。
去年航天学院运动会，白澔烔发现刘上在操场上自学单片机相关知识，“他快速突破一个个知识点，尤其是疫情期间，研究进程突飞猛进” 。白澔烔说，刘上的个人能力毋庸置疑，但有控火箭涉及方面很多，不可能每一点都兼顾，“爱好者之间相互帮助交流是很重要的环节” 。
刘上表示，同乡兼网友刘奕兵是给予自己最大帮助的人 。从最初的发动机加工一直到视频后期制作，刘奕兵几乎在现场参与了每一次测试和火箭最后的发射 。
刘上也经常在爱好者组建的交流群中分享自己的研制进度和难点，与成员们相互交流 。由于常常埋头研究到凌晨两三点或者更晚，第二天早上照常上课，群友们都称他为“肝帝” 。
“这枚火箭还没有达到最高的性能 。”刘上表示，通过安装在火箭上的传感器和定位模块，他采集到了本次飞行的各类数据，将继续改进程序算法 。“我的最终目标是用火箭送快递 。”刘上介绍 。为此，他确定了三步走的研发策略：“姿态控制、飞行轨迹控制、定点软着陆 。”


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