00后大学生成功发射自制火箭！刚结束大一课程，所有步骤自主完成
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“倒计时开始
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发射！”
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“未来可期”“太强了 ， 这才是后浪”“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 ， 有着超6000条弹幕留言 ， 而在抖音中同时发布的视频 ， 已收获800余万播放 。
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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 ， 成为点缀在晚霞与圆月构成背景板上的一处明丽的光亮 。 随后火箭下落 ， 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 。
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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！”
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疫情期间上网课之余制作火箭
37个视频记录全过程
“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 。
火箭搭载了刘上自制的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 。
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为火箭安装姿态控制系统对刘上而言同样是全新的尝试 。 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 。
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 。
但早在去年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 ， 有很多空白的知识点没有去了解 。 ”
【00后大学生成功发射自制火箭！刚结束大一课程，所有步骤自主完成】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的制作过程 。
刘上介绍 ， 这枚火箭他最初只打算做成简单的模型 ， 所以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 。
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在半年多的时间里 ， 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 。
《模型小火箭发射》《小型火箭TVC推力矢量控制器》《固体火箭发动机地面试车失败》《自制碳纤维固体火箭发动机第七次测试取得圆满成功》……B站账号上的37个视频 ， 记录了刘上一步一脚印的研制过程 。
10个月实验
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 。 近四个月尝试 ， 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 。
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“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 。 ”
在6月份的发动机测试中 ， 刘上接连发生两次失败 。 测试时 ， 矢量控制系统已经成型 ， 发动机上安装有矢量喷口、高速舵机等部件 ， 成本很高 。 两次失败让刘上损失了上千元 ， 也对他造成了不小的打击 。 经过一番调整 ， 他和伙伴中燃料方面的高手不断讨论 ， 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 ， 早在二人考入南航之前 ， 白澔烔便以“BossMonkey”的网名与刘上在科技论坛相识 。 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 ， 我就发现他在操场上独自在自学单片机相关知识 ， 他就是这样非常快速地突破了一个个知识点 ， 尤其是疫情期间 ， 研究进程突飞猛进 。 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 ， 所以爱好者之间相互帮助交流是很重要的环节 。 ”白澔烔说 。
刘上表示 ， 自己的同乡兼网友刘奕兵是给予他最大帮助的人 。 从最初的发动机加工一直到视频后期制作 ， 这位朋友始终支持着自己 ， “他几乎在现场参与了每一次测试和火箭最后的发射 ， 测试时的素材他拍摄的比我自己还多 ， 特别感谢他 。 ”刘上介绍 ， 刘奕兵是自己的同龄人 ， 也是高校内的火箭爱好者 ， 二人在网上认识后一拍即合 ， 很快成为火箭研制之路上的坚强支持 。
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“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 ， 装载着货物的火箭“快递员”会精准地射向目的地 ， 并在到达后通过减速发动机安全软着陆 。 为此 ， 刘上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 。 ”
对此 ， 不少网友点赞：大写的“牛”！
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来源：科技日报
栏目主编：赵翰露本文作者：科技日报文字编辑：宋彦霖题图来源：视觉中国图片编辑：笪曦
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