“硬核”愛好，自制火箭上蒼穹

依江寧

倒計時開始，一枚擁有透明箭體、外形炫酷的火箭拖著尾煙驟然升空。隨后，火箭下落，降落傘成功打開，火箭順利著陸并被成功回收。

看到火箭成功發射，一名手拿遙控器的小伙子興奮地跑了起來。他就是這枚火箭的獨立研制者、南京航空航天大學大一學生劉上。

2020年8月，劉上把錄制的《疫情在家耗時半年自制一枚矢量噴管TVC姿態控制傘降回收固體火箭 （成功發射-回收）》視頻發在視頻網站上，引來百萬網友圍觀。

堅持七年的“硬核”愛好

劉上今年19歲，但做火箭這個“硬核”愛好并不是一朝一夕養成的。劉上做火箭受埃隆·馬斯克的影響。讀初中時，劉上在一本雜志上看到了實現私營企業火箭順利折返、海上火箭回收等壯舉的馬斯克。劉上被馬斯克的追夢故事深深吸引，他也想成為這樣的人，從此航天成了他最熱愛的事情。

初一時劉上就加入學校的科技社團“玩航?！?，學習組裝無人機，從1600米高空航拍家鄉常德的美景。平日里，劉上閱讀的全都是航空航天專業書，他的房間里也擺滿了各類制作航空模型的設備和工具，劉上自己都覺得有點“走火入魔”了。

2015年年初，劉上在網上發現竟然有一群民間火箭愛好者在論壇上討論得熱火朝天，他一頭陷進去不能自拔，自此萌發了研制探空火箭的想法。通過上網查資料自學，和火箭愛好者們交流，劉上決定將想法付諸行動。

劉上網購了高氯酸銨、高分子粘結劑等材料回家研究。對于孩子的愛好，劉上的父母始終保持大力支持和開明的態度，哪怕是做實驗曾經差點讓家里燒起來，父母也沒有反對過。那年暑假，劉上對火箭發動機進行了第二次地面熱試車，當他按下遙控器的點火按鈕時，“轟”的一聲巨響，發動機及試車裝置在煙霧中化為了碎片。

這次試車雖然失敗了，但劉上并沒有因此氣餒。他對爆炸原因進行了分析，再次改進發動機。用PVC水管制作箭體、買來3D打印機打印出火箭頭錐，經歷了多次制作、調試和發射，2016年8月4日，劉上終于把一枚長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處空曠工地上進行試飛。

倒數聲中，火箭“嗖”的一聲沖上高空，鉆進厚厚的云層，消失在劉上的視野里，攝影機根本來不及捕捉它的身影。點火、發射、升空、開傘控制裝置、降落傘彈出，整個過程都在劉上的計劃中，但是降落傘在彈出的一瞬間撕裂了，導致火箭硬著陸，用于采集溫度、氣壓等大氣數據的探測設備都損壞了。他從恢復的殘缺數據中，大致推算出火箭的飛行高度達到了1000米左右。

劉上研制的火箭

“大神”是這樣煉成的

這次發射在劉上的父親劉正華眼里“非常成功”。他說，兒子投入科技制作、學習鉆研的那股勁讓他感到驕傲。劉上也沒有辜負父母的期望，不僅動手能力強，學習成績也很好，考上了他理想中的南京航空航天大學。

進入大學，劉上的風格和其他新生明顯不一樣。他在微信朋友圈發的都是火箭制作材料的圖片和“推力矢量控制（TVC）”“姿態控制”“模塊化設計”等專有名詞，一般人根本看不懂。學院舉行運動會，同學們都看著賽道為自己班級的運動員加油，只有劉上獨自呆在一個角落埋頭看手機。和他要好的同學跑過去一看，劉上并沒有在打游戲，而是在自學單片機（一種集成電路芯片）的相關知識。原來，他一直在研究怎么改進火箭。

2019年10月，劉上看到國外知名的火箭愛好者“BPS.space”制作的姿態控制火箭，大開眼界。為火箭安裝姿態控制系統后，升空的火箭會根據傳感器收到的數據，在空中自動調整姿態?；鸺€能在空中完成推力矢量和鴨翼控制的切換，全程無需遙控。

劉上決定也要做出這樣的火箭，這對他是一次全新的嘗試，也是挑戰。他自學機械設計、3D建模、發動機、燃料、編程、飛控算法、3D打印等相關知識和技能。新冠肺炎疫情防控期間，劉上被困在湖南老家不能返校，但他一點也沒閑著，一邊上網課，一邊研制新型火箭。研制中，矢量發動機的部分是耗時最久的。近四個月嘗試，劉上經歷了數次失敗。第一大難題便是發動機矢量噴口的設計，對這方面知識儲備不足的劉上參考了很多圖書，設計完成后，和朋友一同完成了推力矢量的流體仿真，最終的仿真結果與實驗高度吻合。

另一個難點是燃料問題，這方面的知識也是劉上的一個短板。火箭燃料的安全問題更是重中之重，不容許一點失誤。因此他做了大量的實驗驗證，不斷改進。實驗過程雖然有危險，但都是可控的。他選擇無人的地方做實驗，提前找好掩體，備好滅火器，再遙控點火。

在今年6月的發動機測試中，劉上接連兩次失敗。測試時，矢量控制系統已經成型，發動機上安裝有矢量噴口、高速舵機等部件，成本很高。兩次失敗讓劉上損失了上千元，也對他造成了不小的打擊。

遇到困難的時候，劉上就給自己打氣：“這個項目我會持續地做下去，這是一個充滿困難與挑戰的過程，同時也是一個長久的過程，需要我不斷地學習，不斷地嘗試，只要我一直堅持下去，說不定哪天就成功了?！?/p>

經過一番調整，劉上和火箭愛好者群體中燃料方面的高手不斷探討，最后通過調整配方、冷凍燃料表面等方法解決了問題。

目標是用火箭送快遞

做火箭的過程中，劉上喜歡用相機把研制過程拍攝下來，記錄下一步步攻克難關的不易。后來，他把這些視頻陸續發到視頻網站上，方便火箭愛好者一起交流。

《模型小火箭發射》《小型火箭TVC推力矢量控制器》《固體火箭發動機地面試車失敗》《自制碳纖維固體火箭發動機第七次測試取得圓滿成功》……37個視頻記錄了劉上一步一個腳印的研制過程。

通過耗時半年多的努力，一枚搭載了劉上自制的TVC發動機，高約96厘米、直徑9.5厘米、重3.1公斤的姿態控制火箭終于研制成功。發動機的噴口可以向不同方向偏轉，只要稍稍改變方向，就可以保證火箭筆直升空。這枚TVC發動機是劉上此次最滿意的設計之一，在民間火箭愛好者的圈子里也是一個不小的突破。

今年8月，火箭成功發射并回收，劉上錄制的全過程視頻爆紅網絡。通過安裝在火箭上的攝像頭，觀眾們得以在空中俯瞰平原上的城市與遙遠的地平線，一時間視頻上刷起了“跟蹤正常、遙感正?！钡膹椖?，仿佛個個置身于火箭發射中心，體驗了一把親臨發射現場的激動。

劉上沒有就此停止研究，他說：“這枚火箭還沒有達到最高的性能比?！蓖ㄟ^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據，將繼續改進程序算法?！拔易罱K的目標是用火箭送快遞?！眲⑸辖榻B，裝載著貨物的火箭“快遞員”會精準地射向目的地，并在到達后通過減速發動機安全軟著陸。為此，劉上確定了三步走的研發策略：“姿態控制、飛行軌跡控制、定點軟著陸。”此次的成功發射，讓他離目標更近了一步。

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編輯 鐘健 12497681@qq.com