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2012
06-18

解放日报:民间火箭实验记

民间火箭实验记

2012年6月18日   孔令君

胡振宇向记者展示火箭发动机的固体燃料。(孔令君 摄)

罗澍正在准备火箭发动机的地面测试。(采访对象提供)
几位广州的大学生,正在造火箭,暂定7月份将正式发射。

他们研制的火箭,还是“真正意义”的“系统化设计”火箭,重约50公斤,高约3米,能携带气象、传感、无线电侦测等电子设备,发射到约5000米的高空,并用降落伞整体回收,堪称国内业余爱好者研制的最大、最先进火箭。

“神九”发射成功后,且听民间火箭的故事。

四位“技术宅男”的“火箭F4”

胡振宇负责火箭的发动机、箭体设计及燃料,他高中偏科化学,凭着体育特长进了华南理工大学学管理,但心中念念不忘的,总是化学实验和燃料、炸药。这个造火箭的团队成员大多如此,自认是“技术宅男”,聚在一起谈论的话题,全是旁人听不懂的科技术语。

罗澍负责航空电子设备和数据采集,他在高中时便是湛江一中有名的“小发明家”,曾获全国发明展览会金奖,被中山大学自主招生录取。负责备用方案设计的张子林,“玩火箭”好几年,所有朋友都津津乐道于他家的“阳台实验室”,一团糟。还有自由职业者陈诗会,空闲时设计制造了火箭的无线点火器。

他们,大多大一大二,十七八岁。

全国业余火箭爱好者不过几十人

造火箭,是出于爱好。

罗澍说,他给火箭做航电设备,是为追求技术的提高。他喜欢挑战高难度,在高速高空高摩擦的火箭中,想要保证电子设备稳定工作,即使是罗澍这种出色的电子信息专业学生,也面临大量难题。

最初,胡振宇曾喜欢偷偷造一些实验炸药,追求“瞬间冲击波响彻云霄”的快感;罗澍和张子林高中时就自制火箭,一个追求精确控制,一个追求火箭“一飞冲天”的快感……

真正让“游戏火箭”的几个人聚在一起,正儿八经地造火箭,是因为一个叫“科创”的科技爱好者论坛,论坛甚至还牵头成立了“科创航天局”,召集全国相关方面的爱好者互帮互助造火箭,还设定了具体的火箭研制时间表。

“这个圈子很小,全国的业余火箭爱好者,不过几十人。”胡振宇说。每一年,这些火箭迷们会从各地赴年会相聚,交流经验,到无人山区射几颗小火箭以庆祝。这些火箭迷,成了大学生们的外援,帮忙做一些零件,讨论指正每一次测试中的数据和问题……这次造火箭,追求的远不仅是快感,而是技术的收获和思考。

“万户Ⅱ号”以发动机爆炸而收场

他们失败过。

从去年9月起,胡振宇、罗澍等人的“火箭项目”正式开始。他们勤工俭学、省吃俭用,凑钱制造名为“万户”的火箭。

没有经验,没有资金,他们利用尽可能方便的资源,拿PVC管材做箭体,借学校的实验室和小工厂的车床做电子芯片和发动机,基本全靠自己动手。“造火箭很烧钱,就这样也花了至少1.8万元。”胡振宇说。但“万户”火箭像模像样,流线型箭体,黝黑的空心锥发动机喷嘴,看起来就像是微缩版的长征火箭,初次设计的飞行高度是640米。

但发射并不顺利,去年11月,“万户Ⅰ号”被空管部门叫停,改为在广州大学城进行地面模拟测试;12月,大学生们终于争取到空管部门的支持,在规避航道的偏远建筑空地试射“万户Ⅱ号”,却以发动机爆炸、发射失败收场。

正要放弃,他们意外地得到了华南理工大学一位校友的资助,有了10万元的项目资金,为他们租了实验室。更重要的是,资助者正是一家家电企业老板,工厂里有精密数控车床可借用。从此,他们除了上课,就往工厂和实验室跑。

爆炸可能因隔热层一个发丝般缝隙

火箭爆炸,主要因为准备仓促,燃料、发动机没有经过足够充分的测试。

有了钱、有了失败经验,这次他们造火箭谨慎了很多。

但凭几个“毛孩”,造火箭岂是易事?哪怕是造一台业余火箭,其中涉及到的跨学科问题,千头万绪。火箭头锥的曲线,箭体如何与发动机连接,喷射口的角度,乃至每一枚螺丝钉的选材和尺寸,都需要经过严格测试,再通过软件进行不断验证,才得出最后数据。比如,火箭尾翼上的一颗螺丝,首先要计算它的承受力,若数据偏差,发射时可能尾翼脱落;记者在实验室看见好几个发动机“残骸”,爆炸的原因,可能仅仅是隔热层有一个发丝般的缝隙……许多因素,都会导致火箭发射功亏一篑。

而要得到各个部件的可靠数据,需要长时间大量的重复测试,胡振宇和罗澍等人,为此常常通宵做实验。每个人的电脑中,都存满了能搜罗到的所有国内外火箭制造的论文、视频及数据资料。

几个人在一起,要讨论的问题无穷尽

火箭中最关键的,是发动机设计、燃料配比及航电设备。

他们的实验室里堆满了瓶瓶罐罐,为了配出最适合的火箭固体燃料,他们制造了11台“试验发动机”,每一次微调配方,都要反复测试数据并进行地面测试,失败爆炸了6台后,才确定下最终燃料配方,“这次的发动机,喷射超音速气流没问题。”胡振宇说。

航电与监控系统对专业要求更高。虽然是业余火箭,但罗澍像设计专业火箭一样,采用了冗余设计,几乎所有的电子设备都是双备份。并且,高空的环境干扰、高速摩擦产生的静电、火箭自带无线电设备的辐射等等,对电子设备的设计是个考验。

还有降落伞何时打开,怎么控制它打开,连接线缆要多大强度?几个人聚在一起,要讨论的问题无穷无尽。

胡振宇告诉记者,国内外的论文资料中,有不少设计火箭的内容,出于保密原因,大多粗略甚至“故意出错”,且理论与实践不同,他们有时参照国外数据,发现测试时怪问题层出不穷。而对于众多的设计细节,无师可求,只能靠自己。

但无论如何,罗澍对他们的火箭很自豪,火箭升空后内部压力、外壳湿度等数据都是实时采集传输的,论坛上一位火箭迷为他们提供了价值20万元的无线电接收机,可以进行实时数据收集。他们自行设计制造的航电部分,可以通过传感器实时捕捉到火箭的每一个微小动作……

对方问:你订这个干什么?答:造火箭

优秀的设计师,必须要有制造产品的实践经验。

要造火箭,仅仅是成绩优秀、理论丰富的聪明人还不够。他们遇到的问题,繁琐而棘手。

火箭的不少关键部件,包括燃料和电子设备,当然无法直接购买。能买到的,都只是原材料。比如,胡振宇打算采用碳纤维管做箭体材料,因为它够轻、强度够大,而且不影响无线信号传输。但碳纤维管很难加工,要买到适合口径的谈何容易,光是找到愿意为他们订制口径的厂商,就花了半个多月。

对方问你订这个干什么?胡振宇回答:造火箭。在采购材料的过程中,竟也因此得到不少意外的支持。

制造更难。比如火箭的头锥,内口深,一般的车床无法加工。胡振宇自行设计,将头锥分为三段分别加工。但具体怎么做,部件之间如何连接,给工人一张设计图显然不够,就需要他们一趟趟跑工厂、下车间了。

资助者希望火箭挂上企业宣传条幅

胡振宇在工厂和师傅讨论设计,用了很多“一定”,“一定要垂直”,“一定要对上”。

这家家电厂的不少工人们都知道,他们是“造火箭”的,对加工的精度要求很高。但偶尔,也有工人私底下嘀咕:几个毛孩子,造火箭干什么?

寻求成就感之外,造民间火箭,是为科研。

罗澍告诉记者,他们想要研制的火箭,比探空气球飞得高,比低轨道的人造卫星飞得低,发射这类火箭可以收集数据,用于气象、天文等研究,也可为导弹、卫星、运载火箭和人造卫星的研制提供便利。他们曾经带着自己的火箭数据,去中科院与教授和博士生交流,得到不少认可。

他们志向高远,希望有朝一日,能和航天五院(中国空间技术研究院)靠拢,承接一些科研任务。但不仅是工人,连他们的资助者也对此都有些疑惑。资助者的希望之一,是在7月民间火箭发射时,能在火箭上挂上自家企业的宣传条幅。

民间火箭在国内的商业用途并不多

某家公司专营“玩具火箭”,外形逼真,点火后能发射,升空高度从几十米到上百米不等,一些公司开业,也会买来这种火箭像放鞭炮一样放几个,取个“一飞冲天”的好兆头。还有公司售卖小火箭,用于人工降雨,在山区使用成本低、效果不错。

显然,几位大学生研制“真火箭”意不在此,但他们对于未来的商业化,还没有明确的思路。

罗澍爱谈理想,他认为民间火箭的优势,在于成本低廉,能降低火箭的发射门槛,可以想象的美好未来,是给每个城市配备自己的通讯卫星。通过研制民间火箭,能提高不少领域的技术水平,甚至降低成本。罗澍真正感兴趣的,是将民间火箭中某些技术应用于无人机的导航系统。胡振宇的梦想,是能成立一家私人航天公司,将火箭及相关技术商业化。

“科研并不是功利的,在投入研究之前,没人能预料未来能因此带来怎样的技术革新和商业前景。”罗澍说。

“我们与国家航天事业的定位不同”

国家航天局负责造火箭,发射卫星。为何你们还要造?

这样的问题,不少人问过他们。而他们所自矜的,是业余爱好者的“精神”——不受约束的创造力和纯粹爱好者的热情。

“我们与国家航天事业的定位不同。”罗澍说,举全国之力研制建造的运载火箭,要求高可靠性、高性能、高度系统化、精密化,自然成本很高;而民间火箭可以大胆采用新材料、新技术,打破固有的体系和思维,追求环保和高效。

他们还将自己与北京航空航天大学近些年研制的火箭区分开来,认为那是专业院所的正式科研活动,与爱好者单纯的执着和热情截然不同。

胡振宇告诉记者,美国有十多家规模不同的私营航天公司,其中不少由航天爱好者发起,在数十年的航天技术革新中扮演不容小觑的角色,承接美国国家航空航天局的一些关键任务,而我国在这方面还是空白。

他们所希望的是人们能关注民间火箭实验的本身,而非飞行高度、技术创新等数据上的“意义”。

如今,胡振宇正在努力联系7月正式发射火箭的场地,以免再次被叫停。民间的科技爱好者,往往处于被误解、被忽视的尴尬境地,不仅难以得到实验条件的支持,更难有人对他们的实验损失提供保障。他们并不奢望科研立项,只希望社会管理的宽容和支持。

作者:科创航天
这个作者貌似有点懒,什么都没有留下。

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