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“�,！碧幩�在�,；鸺�搭載了劉上自制的TVC發(fā)動機,。發(fā)動機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),�,；鸺�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,，劉上點亮了機械設(shè)計,、3D建模,、發(fā)動機、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)動機地面試車失敗》《自制碳纖維固體火箭發(fā)動機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),�,！眲⑸险f自己喜歡用相機把過程拍攝下來，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,�,！眲⑸险f。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)動機上安裝有矢量噴口、高速舵機等部件,，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)院運動會,，我就發(fā)現(xiàn)他在操場上獨自在自學(xué)單片機相關(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),。”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)動機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,。”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)識后一拍即合，很快成為火箭研制之路上的堅強支持,。

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,。”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,�,！拔业淖罱K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,，并用自制的無人機航拍�,！八�涉及方面很��,，攝影、視頻制作,、航模,、穿越機花飛、火箭,、外骨骼,，什么都玩。”白澔烔這樣形容劉上,。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,�,！痹趧⑸峡磥恚�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),。“之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),。”據(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),�,！�