“硬核”爱好，自制火箭上苍穹

依江宁

倒计时开始，一枚拥有透明箭体、外形炫酷的火箭拖着尾烟骤然升空。随后，火箭下落，降落伞成功打开，火箭顺利着陆并被成功回收。

看到火箭成功发射，一名手拿遥控器的小伙子兴奋地跑了起来。他就是这枚火箭的独立研制者、南京航空航天大学大一学生刘上。

2020年8月，刘上把录制的《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）》视频发在视频网站上，引来百万网友围观。

坚持七年的“硬核”爱好

刘上今年19岁，但做火箭这个“硬核”爱好并不是一朝一夕养成的。刘上做火箭受埃隆·马斯克的影響。读初中时，刘上在一本杂志上看到了实现私营企业火箭顺利折返、海上火箭回收等壮举的马斯克。刘上被马斯克的追梦故事深深吸引，他也想成为这样的人，从此航天成了他最热爱的事情。

初一时刘上就加入学校的科技社团“玩航模”，学习组装无人机，从1600米高空航拍家乡常德的美景。平日里，刘上阅读的全都是航空航天专业书，他的房间里也摆满了各类制作航空模型的设备和工具，刘上自己都觉得有点“走火入魔”了。

2015年年初，刘上在网上发现竟然有一群民间火箭爱好者在论坛上讨论得热火朝天，他一头陷进去不能自拔，自此萌发了研制探空火箭的想法。通过上网查资料自学，和火箭爱好者们交流，刘上决定将想法付诸行动。

刘上网购了高氯酸铵、高分子粘结剂等材料回家研究。对于孩子的爱好，刘上的父母始终保持大力支持和开明的态度，哪怕是做实验曾经差点让家里烧起来，父母也没有反对过。那年暑假，刘上对火箭发动机进行了第二次地面热试车，当他按下遥控器的点火按钮时，“轰”的一声巨响，发动机及试车装置在烟雾中化为了碎片。

这次试车虽然失败了，但刘上并没有因此气馁。他对爆炸原因进行了分析，再次改进发动机。用PVC水管制作箭体、买来3D打印机打印出火箭头锥，经历了多次制作、调试和发射，2016年8月4日，刘上终于把一枚长135厘米、重4.4公斤的火箭，拖到了湖北省常德市芙蓉北路的一处空旷工地上进行试飞。

倒数声中，火箭“嗖”的一声冲上高空，钻进厚厚的云层，消失在刘上的视野里，摄影机根本来不及捕捉它的身影。点火、发射、升空、开伞控制装置、降落伞弹出，整个过程都在刘上的计划中，但是降落伞在弹出的一瞬间撕裂了，导致火箭硬着陆，用于采集温度、气压等大气数据的探测设备都损坏了。他从恢复的残缺数据中，大致推算出火箭的飞行高度达到了1000米左右。

刘上研制的火箭

“大神”是这样炼成的

这次发射在刘上的父亲刘正华眼里“非常成功”。他说，儿子投入科技制作、学习钻研的那股劲让他感到骄傲。刘上也没有辜负父母的期望，不仅动手能力强，学习成绩也很好，考上了他理想中的南京航空航天大学。

进入大学，刘上的风格和其他新生明显不一样。他在微信朋友圈发的都是火箭制作材料的图片和“推力矢量控制（TVC）”“姿态控制”“模块化设计”等专有名词，一般人根本看不懂。学院举行运动会，同学们都看着赛道为自己班级的运动员加油，只有刘上独自呆在一个角落埋头看手机。和他要好的同学跑过去一看，刘上并没有在打游戏，而是在自学单片机（一种集成电路芯片）的相关知识。原来，他一直在研究怎么改进火箭。

2019年10月，刘上看到国外知名的火箭爱好者“BPS.space”制作的姿态控制火箭，大开眼界。为火箭安装姿态控制系统后，升空的火箭会根据传感器收到的数据，在空中自动调整姿态。火箭还能在空中完成推力矢量和鸭翼控制的切换，全程无需遥控。

刘上决定也要做出这样的火箭，这对他是一次全新的尝试，也是挑战。他自学机械设计、3D建模、发动机、燃料、编程、飞控算法、3D打印等相关知识和技能。新冠肺炎疫情防控期间，刘上被困在湖南老家不能返校，但他一点也没闲着，一边上网课，一边研制新型火箭。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。

另一个难点是燃料问题，这方面的知识也是刘上的一个短板。火箭燃料的安全问题更是重中之重，不容许一点失误。因此他做了大量的实验验证，不断改进。实验过程虽然有危险，但都是可控的。他选择无人的地方做实验，提前找好掩体，备好灭火器，再遥控点火。

在今年6月的发动机测试中，刘上接连两次失败。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。

遇到困难的时候，刘上就给自己打气：“这个项目我会持续地做下去，这是一个充满困难与挑战的过程，同时也是一个长久的过程，需要我不断地学习，不断地尝试，只要我一直坚持下去，说不定哪天就成功了。”

经过一番调整，刘上和火箭爱好者群体中燃料方面的高手不断探讨，最后通过调整配方、冷冻燃料表面等方法解决了问题。

目标是用火箭送快递

做火箭的过程中，刘上喜欢用相机把研制过程拍摄下来，记录下一步步攻克难关的不易。后来，他把这些视频陆续发到视频网站上，方便火箭爱好者一起交流。

《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个脚印的研制过程。

通过耗时半年多的努力，一枚搭载了刘上自制的TVC发动机，高约96厘米、直径9.5厘米、重3.1公斤的姿态控制火箭终于研制成功。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。

今年8月，火箭成功发射并回收，刘上录制的全过程视频爆红网络。通过安装在火箭上的摄像头，观众们得以在空中俯瞰平原上的城市与遥远的地平线，一时间视频上刷起了“跟踪正常、遥感正常”的弹幕，仿佛个个置身于火箭发射中心，体验了一把亲临发射现场的激动。

刘上没有就此停止研究，他说：“这枚火箭还没有达到最高的性能比。”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。“我最终的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。”此次的成功发射，让他离目标更近了一步。

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编辑 钟健 12497681@qq.com