南航“00后”學(xué)生借助3D打印自制火箭成功發(fā)射并回收,，未來想用火箭送快遞

來源：中國青年報

“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,。不到一天的時間里,，該視頻播放量就達(dá)到41.6萬，目前閱讀量超過百萬,，有著超6000條彈幕留言,，而在抖音中同時發(fā)布的視頻，已收獲800余萬播放,。

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,。倒計時開始,，發(fā)動機(jī)點火，火箭拖著尾煙升空,，成為點綴在晚霞與圓月構(gòu)成背景板上的一處明麗的光亮,，火箭升空飛行190米，隨后下落,，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)
“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“牛”處所在,�,；鸺�搭載了劉上自制的TVC發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(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)動機(jī)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(jī)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,。

為火箭安裝姿態(tài)控制系統(tǒng)對劉上而言同樣是全新的嘗試,。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),。火箭還在空中完成了推力矢量和鴨翼控制的切換,，全程無需遙控,。

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,�,！爱�(dāng)時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,，有很多空白的知識點沒有去了解�,！�

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的制作過程,。

劉上介紹,，這枚火箭他最初只打算做成簡單的模型，所以在設(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(jī)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,�,！�

保持著這樣的決心，在半年多的時間里,，通過自學(xué)和與愛好者們交流,，劉上點亮了機(jī)械設(shè)計、3D建模,、發(fā)動機(jī),、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,。

《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)動機(jī)地面試車失敗》《自制碳纖維固體火箭發(fā)動機(jī)第七次測試取得圓滿成功》……B站賬號上的37個視頻,，記錄了劉上一步一腳印的研制過程,。

“用半年的時間一步步做出來，看到火箭發(fā)射成功還是很有成就感的,，但想的更多的還是如何改進(jìn),。”劉上說自己喜歡用相機(jī)把過程拍攝下來,，記錄下自己一步步攻克難關(guān)的不易,。

10個月實驗，在一次次失敗中找到答案
在研制中,，矢量發(fā)動機(jī)的部分是耗時最久的,。近四個月嘗試，劉上經(jīng)歷了數(shù)次失敗,。

第一大難題便是發(fā)動機(jī)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,。”劉上說,。研制過程需要大量實驗驗證改進(jìn),，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,。”

在6月份的發(fā)動機(jī)測試中,，劉上接連發(fā)生兩次失敗,。測試時，矢量控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,，發(fā)動機(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。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)動會，我就發(fā)現(xiàn)他在操場上獨(dú)自在自學(xué)單片機(jī)相關(guān)知識,，他就是這樣非�,？焖俚赝黄屏艘粋�個知識點，尤其是疫情期間,，研究進(jìn)程突飛猛進(jìn),。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,，所以愛好者之間相互幫助交流是很重要的環(huán)節(jié)�,！卑诐粸�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)場參與了每一次測試和火箭最后的發(fā)射,，測試時的素材他拍攝的比我自己還多，特別感謝他,�,！眲⑸辖榻B，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)識后一拍即合，很快成為火箭研制之路上的堅強(qiáng)支持,。

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(jìn)度和難點,，與成員們相互請教。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(dá)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(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”會精準(zhǔn)地射向目的地，并在到達(dá)后通過減速發(fā)動機(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,、定點軟著陸,。”

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(jī)航拍,�,！八�涉及方面很多，攝影,、視頻制作,、航模、穿越機(jī)花飛,、火箭,、外骨骼，什么都玩,�,！卑诐粸�這樣形容劉上。平日在朋友眼中“不太愛說話”的他,，總能對自己的作品侃侃而談,。

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，他的房間內(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,，都影響了劉上的研究方向。

“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)做成功,，應(yīng)該還是挺有鼓舞性的�,！�

而在視頻發(fā)布后,，“BPS.space”也注意到了劉上的成果，“不可思議,，這是非凡的作品,！”對于這句評價，劉上感到自己的作品獲得了認(rèn)可,。

去年,，劉上考入南航航天學(xué)院學(xué)習(xí)�,！爸�前圈子里有個厲害的‘前輩’來了南航,。探索永無止境,，在南航學(xué)習(xí),，我相信自己在未來只會更加專業(yè)�,！�

“與其他大一新生的微信朋友圈’畫風(fēng)’不同,，他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)院副院長朱旭東對劉上有很深的印象，“了解到他在航天科創(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(jìn)行科創(chuàng)指導(dǎo),�,！睋�(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)生配備一名專業(yè)指導(dǎo)老師,。大一期間，劉上還加入了學(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(fèi)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),�,！�7年里，他一直堅持著自己的熱愛,�,！拔业呐d趣好像沒有起源，追求一直沒斷,，今后希望將熱愛變成事業(yè),。”