“火箭少年”,期待未来用火箭送快递
2022-05-30郑晶心
郑晶心
2020年8月,《00后大学生自制可回收固体火箭成功发射与回收》的视频在网上爆火,当天收获800余万播放量。视频的发布者是南京航空航天大学航天学院航空航天工程专业2019级本科生,被称为“火箭少年”的刘上。这视频的爆火不是偶然,而是缘自他十年航天梦的热爱与坚守,如今他的自制火箭已更新至第四代。
想成为靠技术改变世界的人
“我对能飞的东西都很感兴趣,梦到过像超人一样飞。”今年21岁的刘上说。
刘上从小爱看科幻片,《星际穿越》《火星救援》《盗梦空间》《源代码》《黑客帝国》等影片中的未来科技尤其是航天科技令他深深着迷,让他不由自主地要动手去探索。他小学时就做出了“水火箭”,初一时上网接触到“科技论坛”,看到有民间爱好者制作小模型火箭,一下子被吸引,就此入了坑。
除了上网看帖子、搜集各类专业书籍学习,积攒相关知识,他还攒很多工具。他的房间如同一间小小工作室,打制了专门的架子,上面摆满了手电钻、台钻、角磨机、光学显微镜、试管、烧杯等各类制作模型的设备和工具。他自己都觉得有些“走火入魔”,好在父母很支持他,让他放手去实践自己的想法。
初二时,3D打印的概念引起了刘上极大的兴趣。第二年,他买了个人第一台FDM打印机。那时3D打印还不像现在这么普及,购买的机器性能相对也比较弱,但他以此为契机,开始了对于3D打印技术在个人DIY项目应用的探索,并在他自制火箭模型时大量应用。
从画图到3D打印,从电路原理图到控制程序,刘上已经记不清自己制作过多少个小火箭模型了。
摄影也是刘上感兴趣的领域之一,他时常用相机将自己制火箭模型的过程拍摄下来,并剪辑、制作成视频,发布到网上。初二下学期,他上网看到有网友自制了无人机航拍器,便也想自制一台。
他网购了组装无人机所需的零部件,仅仅用了10天时间,便制作出了一架翼展1.9米的无人机,他将这台无人机命名为“猎鹰”。初三上学期,他进一步改良“猎鹰”。“猎鹰”具备定点、定向、定高、自动返航飞行等功能,拍出的画面效果令人震撼。他之后在网上爆火的自制火箭成功发射与回收的视频都是自己拍摄并制作的。
他喜欢创造,想成为靠技术改变世界的那种人。
不是马斯克,但和马斯克一样敢想敢做
“我喜欢马斯克。他是疯狂的,惊人地努力,是一位值得敬佩的人。他雄心勃勃,视野开阔,敢于打破常规,做很多天马行空的产品。”
在刘上的房间里,贴着一张SpaceX的海报。最早吸引他去了解马斯克的,就是SpaceX公司的可回收垂直起降的火箭。
2019年10月,刘上看到国外知名的航天爱好者“BPS.space”制作的姿态控制火箭,灵感被激发,也想搞点好玩炫酷、对社会有价值的东西出来。
2020年年初,新冠肺炎疫情暴发,在家上网课之余,他便开始着手制作火箭。
机械设计、3D建模、发动机设计、燃料调配、编程、飞控算法……制作火箭模型所需的知识令人望而生畏,但刘上沉迷其中、甘之如饴。他一边制作,一边拍摄视频,发到网上与航天爱好者交流。
“有控火箭涉及的知识很多,我不可能每一方面都兼顾,所以爱好者之间相互帮助、交流是非常重要的。”刘上经常在航天爱好者组建的交流群中分享自己研制的进度和难点,与成员们相互请教。
发动机部分是耗时最久的,刘上用了近四个月尝试,其间经历了数次失败,得到了很多朋友的帮助。
刘奕兵与刘上同龄,也是来自高校的火箭爱好者,两人在网上认识后一拍即合,因为住在同一个城市,就线下见面一起“玩”火箭了。刘奕兵很快成为刘上火箭研制之路上的坚定支持者。
经过半年多的研制,2020年8月2日,终于到了要发射的日子了,刘上邀请可以抵达现场的小伙伴,开始了点火发射。
“3、2、1,点火!”
在野外空旷的砂石地面上,火箭稳稳地站立着,正是傍晚时分,远处夕阳正待降落。随着倒计时声音的结束,火箭被成功点火发射。发射瞬间,火箭尾部喷出强大的气体,在地面掀起一股浓烟和一阵砂土,火箭拖着长长的“尾巴”冲上云霄。
随后火箭下落,降落伞成功打开,火箭顺利着陆并被回收。
天空就是激情所在、使命所在
“这届00后太强了!”“我看不懂,但我大为震惊!”“这才是教育的未来!”
刘上将自制火箭成功发射并回收的视频在网上发布之后,不到一天的时间里,全网累计播放量就达到了800多万,赢得网友的一片好评与称赞。
刘上研制的火箭可不仅仅是看起来“唬人”,在他发布的视频中,“矢量喷管”“TVC”“姿态控制”等字眼都悄悄揭示了这枚火箭的“牛”处所在。
TVC(推力矢量控制)发动机是刘上此次最满意的设计之一,在火箭爱好者的圈子里也是一个不小的突破。发动机的“矢量喷管”可以灵活地向不同方向偏转,只要稍稍改变方向,就可以保证火箭笔直升空。
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,全程无需遥控。
这些技术攻关,除了参考书籍,刘上进行了大量试验,不断验证、改进,他说:“尤其是火箭燃料的安全性,不容许有一点儿失误。”每次试验时,刘上都会找无人的地方,提前找好掩体,备好灭火器,遥控点火。
2021年2月,刘上完成对第一代火箭的改良,进行了第二次试验,再次发射成功。
2022年3月,刘上自制的回收火箭已经升级到第三代。相对于之前,飞控系统有了比较大的升级和改进,火箭所使用的材料也有了升级。
如今,他的火箭已經更新至第四代。“这个项目我会持续做下去,这是一个充满着困难与挑战的过程,同时也是一个长久的过程,需要我不断地去学习、探索、尝试,只要我一直坚持下去,说不定哪天就成功了。”刘上的最终目标是,可以用火箭来送快递。
刘上的梦想是有源头的。1944年,钱学森就提出了火箭喷气式飞机的构想,可以在一小时内实现从纽约飞到巴黎的目标。但在没有解决可重复利用的火箭技术前,火箭都被用于太空运输,火箭的近地使用并不现实,成本过高,没有意义。国内近年来对该技术的探索,已经取得了一定的成果。据报道称,国内科研单位对火箭回收的试验验证也在进行中,伞降、垂直回收都在试验之列,并且相关的运载火箭垂直回收制导控制技术验证试验已经取得成功。
目前,刘上发布的视频在全网累计播放量超过2000万次,收获近40万粉丝。网友们的热情关注,让刘上意识到自己追梦火箭还有更深层次的意义——让大众领略科技创新的魅力,激发更多人追求自己的热爱。因此,刘上开始将火箭研制与科普相结合,通过真实具体的工程实践项目来展示其中的原理与技术,吸引更多的人了解和热爱航天。他发布的视频评论区俨然成为科普现场,有人问火箭零件如何制作的,刘上答:“部分是机器加工,大部分塑料零件先3D建模,然后交付工厂进行3D打印。”有人问制作火箭需要看什么书,刘上答:“《数值计算方法》《航天器控制原理》《有控弹箭飞行力学》……”
今年6月,刘上带领团队小伙伴制作的科普视频《一枚火箭的诞生》,再次登上微博热搜。
刘上觉得,天空就是他的激情所在、使命所在。他会坚持自己的初心、热爱与追求,希望未来能将热爱变成事业,成为中国航天事业中的一员。