刘上自主设计、制作的火箭。

“未来可期”“太强了，这才是后浪”“大一就把毕设做完了！”近日，一条学生自制固体火箭成功发射的视频在哔哩哔哩视频网站（B站）上火了。不到一天的时间里，该视频播放量就达到41.6万，目前阅读量超过百万，有着超6000条弹幕留言，而在抖音中同时发布的视频，已收获800余万播放。

视频中，一枚拥有透明箭体、外形炫酷的火箭矗立在一片空地上等待发射。倒计时开始，发动机点火，火箭拖着尾烟升空，成为点缀在晚霞与圆月构成背景板上的一处明丽的光亮。随后火箭下落，降落伞成功打开,火箭顺利着陆并被回收。随后，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。

这则视频的作者、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，其中涉及的专业知识之多，令网友们大呼“真是专业大神！”

37个视频，一步步攻克难关

“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。

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》……B站账号上的37个视频，记录了刘上一步一脚印的研制过程。

10个月实验，在一次次失败中找到答案

在研制中，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。

南航航天学院2019级航天中乌班学生白澔烔是刘上的好友，早在二人考入南航之前，白澔烔便以“Boss Monkey”的网名与刘上在科技论坛相识。去年刘上提出制作火箭的设想后，白澔烔一直与刘上保持着交流。

“去年航天学院运动会，我就发现他在操场上独自在自学单片机相关知识，他就是这样非常快速地突破了一个个知识点，尤其是疫情期间，研究进程突飞猛进。刘上的个人能力毋庸置疑，但有控火箭涉及方面很多，不可能每一点都兼顾，所以爱好者之间相互帮助交流是很重要的环节。”白澔烔说。

刘上表示，自己的同乡兼网友刘奕兵是给予他最大帮助的人。从最初的发动机加工一直到视频后期制作，这位朋友始终支持着自己，“他几乎在现场参与了每一次测试和火箭最后的发射，测试时的素材他拍摄的比我自己还多，特别感谢他。”刘上介绍，刘奕兵是自己的同龄人，也是高校内的火箭爱好者，二人在网上认识后一拍即合，很快成为火箭研制之路上的坚强支持。

“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。”

来源：科技日报

作者：张紫略 倪子涵 柯龙婕旻 张晔

编辑：廖晨昊