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(lái)想用火箭送快遞

來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)

“未來(lái)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(shí)間里,，該視頻播放量就達(dá)到41.6萬(wàn)，目前閱讀量超過(guò)百萬(wàn),，有著超6000條彈幕留言,，而在抖音中同時(shí)發(fā)布的視頻，已收獲800余萬(wàn)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(jì)時(shí)開始,，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,，火箭拖著尾煙升空，成為點(diǎn)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(jì),，到流體仿真,、制造、測(cè)試,、控制,，并最終發(fā)射和回收的全過(guò)程。

這則視頻的作者,、火箭的設(shè)計(jì)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(shí)之多，令網(wǎng)友們大呼“真是專業(yè)大神,！”

37個(gè)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(jì)”“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(dòng)機(jī),。發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)是劉上此次最滿意的設(shè)計(jì)之一,，在民間火箭愛好者的圈子里也是一個(gè)不小的突破。此外,，發(fā)動(dòng)機(jī)使用“c型”燃料內(nèi)孔,，推力平穩(wěn)；自帶起落架,，無(wú)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(duì)劉上而言同樣是全新的嘗試。有了它，升空后的火箭會(huì)根據(jù)傳感器收到的數(shù)據(jù),，在空中自動(dòng)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(wú)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,。“當(dāng)時(shí)看到國(guó)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(guò)最初的想法非常粗糙，有很多空白的知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有去了解,�,！�

2019年10月19日，劉上通過(guò)自己的B站賬號(hào)發(fā)布了第一個(gè)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(guò)程,。

劉上介紹，這枚火箭他最初只打算做成簡(jiǎn)單的模型,，所以在設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮各種現(xiàn)實(shí)性因素,，不過(guò)隨著模型漸漸完成，便有了使用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使這個(gè)模型飛起來(lái)的想法,。在視頻的評(píng)論區(qū)中,，劉上寫道：“這個(gè)項(xiàng)目我會(huì)持續(xù)地做下去，這是一個(gè)充滿著困難與挑戰(zhàn)的過(guò)程,，同時(shí)也是一個(gè)長(zhǎng)久的過(guò)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(jiān)持下去,，說(shuō)不定哪天就成功了�,！�

保持著這樣的決心,，在半年多的時(shí)間里，通過(guò)自學(xué)和與愛好者們交流,，劉上點(diǎn)亮了機(jī)械設(shè)計(jì),、3D建模、發(fā)動(dòng)機(jī),、燃料,、編程、飛控算法,、3D打印的“技能樹”,，才最終實(shí)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(dòng)機(jī)地面試車失敗》《自制碳纖維固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)第七次測(cè)試取得圓滿成功》……B站賬號(hào)上的37個(gè)視頻,，記錄了劉上一步一腳印的研制過(guò)程,。

“用半年的時(shí)間一步步做出來(lái)，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(shuō)自己喜歡用相機(jī)把過(guò)程拍攝下來(lái),，記錄下自己一步步攻克難關(guān)的不易,。

10個(gè)月實(shí)驗(yàn)，在一次次失敗中找到答案
在研制中,，矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的部分是耗時(shí)最久的,。近四個(gè)月嘗試，劉上經(jīng)歷了數(shù)次失敗,。

第一大難題便是發(fā)動(dòng)機(jī)矢量噴口的設(shè)計(jì),，對(duì)這方面知識(shí)儲(chǔ)備不足的劉上參考了很多圖書，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)高度吻合。

“另一個(gè)是燃料問(wèn)題,，我對(duì)于燃料方面的了解不夠深入,。”劉上說(shuō),。研制過(guò)程需要大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)，火箭燃料的安全問(wèn)題更是重中之重,，不容許一點(diǎn)失誤,�,！半m然有危險(xiǎn)，但都是可控的,。試驗(yàn)的時(shí)候會(huì)找無(wú)人的地方,，提前找好掩體，備好滅火器,，遙控點(diǎn)火,。”

在6月份的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中,，劉上接連發(fā)生兩次失敗,。測(cè)試時(shí)，矢量控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,，發(fā)動(dòng)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(duì)他造成了不小的打擊,。經(jīng)過(guò)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(guò)調(diào)整配方,、冷凍燃料表面等方法解決了問(wèn)題。

南航航天學(xué)院2019級(jí)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(shí)。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(dòng)會(huì)，我就發(fā)現(xiàn)他在操場(chǎng)上獨(dú)自在自學(xué)單片機(jī)相關(guān)知識(shí),，他就是這樣非�,？焖俚赝黄屏艘粋�(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，尤其是疫情期間,，研究進(jìn)程突飛猛進(jìn),。劉上的個(gè)人能力毋庸置疑，但有控火箭涉及方面很多,，不可能每一點(diǎn)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(shuō),。

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(dòng)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(chǎng)參與了每一次測(cè)試和火箭最后的發(fā)射，測(cè)試時(shí)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(shí)后一拍即合,，很快成為火箭研制之路上的堅(jiān)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(diǎn)，與成員們相互請(qǐng)教,。由于常常埋頭研究到凌晨?jī)扇�點(diǎn)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(méi)有達(dá)到最高的性能,。”劉上表示,，通過(guò)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(huì)精準(zhǔn)地射向目的地,，并在到達(dá)后通過(guò)減速發(fā)動(dòng)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(diǎn)軟著陸,�,！�

7年熱愛，追求無(wú)止境
早在初中時(shí),，劉上就已發(fā)射過(guò)自制火箭,，并用自制的無(wú)人機(jī)航拍�,！八�涉及方面很��,，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(shuō)話”的他，總能對(duì)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(lái)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(jué)得“有點(diǎn)走火入魔的感覺(jué)”,。

在劉上的房間里,，貼著一張SpaceX的海報(bào)，SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克是劉上的偶像,。初中時(shí),，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(duì)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(diǎn)好玩炫酷,、對(duì)社會(huì)有價(jià)值的東西出來(lái),。”在劉上看來(lái),，視頻的爆紅有因可循,，“以前大家都覺(jué)得只有國(guó)外網(wǎng)友能玩火箭，所以在國(guó)內(nèi)看到會(huì)覺(jué)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(duì)于這句評(píng)價(jià)，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(gè)厲害的‘前輩’來(lái)了南航,。探索永無(wú)止境,，在南航學(xué)習(xí)，我相信自己在未來(lái)只會(huì)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(zhǎng),�,！眲⑸系谋究粕鷮�(dǎo)師、航天學(xué)院副院長(zhǎng)朱旭東對(duì)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(duì)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(shí)為每個(gè)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(duì)。航模隊(duì)老師史明雙指導(dǎo)劉上用自制火箭申報(bào)了航空特色科技創(chuàng)新基地創(chuàng)新項(xiàng)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(jué)得最吸引我的東西是航模,、火箭,、化學(xué)�,！�7年里,，他一直堅(jiān)持著自己的熱愛�,！拔业呐d趣好像沒(méi)有起源,，追求一直沒(méi)斷，今后希望將熱愛變成事業(yè),�,！�