南京大一学生自制火箭成功发射+回收,竟然花了这么多钱。。。
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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。
8月6日,这条名为《 疫情在家耗时半年自制一枚矢量喷管TVC姿态控制伞降回收固体火箭 (成功发射-回收)》的视频在哔哩哔哩视频网站(B站)上火了,目前播放量已超百万,弹幕6000多条。
这则视频的作者,同时也是火箭的设计者,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。
当网友咨询玩这个的经费哪里来时,刘上说,其实整个制作下来总共就 花了大几千块,并没有大家想象的那么多。
从他的视频简介中还能看到,他初中阶段的作品: 无控火箭发射……(不知道为什么,我一巴掌拍向身边只会打手游,还半天上不了分的初中表弟)
疫情期间上网课之余制作火箭
37个视频记录全过程
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。”
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。
在视频的评论区中,刘上写道:
保持着这样的决心,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》…… 37个视频,记录了刘上一步一脚印的研制过程。
刘上B站的部分视频页面截图
“用半年的时间一步步做出来,看到火箭发射成功还是很有成就感的,但想的更多的还是如何改进。”刘上说,自己喜欢用相机把过程拍摄下来,记录下自己一步步攻克难关的不易。
最终成功的火箭牛在哪里?
“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。
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。
成功的路上得众多好友相助
目标是用火箭送快递
发动机测试
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。”
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。
“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。”
初中时已经发射过自制火箭
自己都觉得有点“走火入魔”
早在初中时,刘上就已发射过自制火箭,并用自制的无人机航拍。
“他涉及方面很多,摄影、视频制作、航模、穿越机花飞、火箭、外骨骼,什么都玩。”白澔烔这样形容刘上。平日在朋友眼中“不太爱说话”的他,总能对自己的作品侃侃而谈。
得益于父母的大力支持,刘上能将更多的精力投入到兴趣上。平日里,刘上阅读的书籍全是自己搜集来的专业书,他的房间内也摆满了各类制作模型的设备和工具,刘上自己都觉得 “有点走火入魔的感觉”。
在刘上的房间里,贴着一张SpaceX的海报,SpaceX的创始人马斯克是刘上的偶像。初中时,刘上了解到SpaceX公司的可回收垂直起降的火箭,瞬间被吸引,加上对各类科幻电影的喜爱,都影响了刘上的研究方向。
“我就是想搞点好玩炫酷、对社会有价值的东西出来。”在刘上看来,视频的爆红有因可循,“以前大家都觉得只有国外网友能玩火箭,所以在国内看到会觉得还蛮惊喜的。如果我能继续做成功,应该还是挺有鼓舞性的。”
而在视频发布后,“BPS.space”也注意到了刘上的成果, “不可思议,这是非凡的作品!”对于这句评价,刘上感到自己的作品获得了认可。
最后用一句弹幕里的评论来总结吧:
这样的人才
已经不能用“前浪”、“后浪”来区分了
这是海啸啊!
- 标签:小说红旗谱
- 编辑:杨保录
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