近日，一條由學生自制，完整展現了一枚火箭從自主設計，到流體仿真、製造、測試、控制，並最終發射和回收全過程的視頻走紅網絡，不到一天的時間裡，該視頻播放量就達到41.6萬，閱讀量超過百萬。8月12日，北青-北京頭條記者從南京航空航天大學瞭解到，這段視頻的作者、火箭的設計者名叫劉上，是該校航天學院航空航天工程專業大一的學生。視頻中所有步驟都由他自主完成，其中涉及的專業知識之多，令網友們大呼“真是專業大神”。
大一男孩用37個視頻記錄火箭製造過程
2019年10月19日，南京航空航天大學航天學院航空航天工程專業大一學生劉上通過自己的B站賬號發佈了第一個相關視頻《小型矢量噴管姿態自穩固體火箭》，展示了作為固體火箭雛形的模型火箭的製作過程。
在評論區中，劉上寫道：“這枚火箭我最初只打算做成簡單的模型，所以在設計時並未考慮各種現實性因素，不過隨著模型漸漸完成，我便有了使用固體火箭發動機使這個模型飛起來的想法。在視頻的評論區中，劉上寫道，“這個項目我會持續地做下去，這是一個充滿著困難與挑戰的過程，同時也是一個長久的過程，需要我不斷地去學習、不斷地去探索、不斷地去嘗試，但只要我一直堅持下去，說不定哪天就成功了。”
保持著這樣的決心，在半年多的時間裡，通過自學和與愛好者們交流，劉上點亮了機械設計、3D建模、發動機、燃料、編程、飛控算法、3D打印的“技能樹”，才最終實現火箭的成功發射。
《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》……B站賬號上的37個視頻，記錄了劉上一步一個腳印的研製過程。
“用半年的時間一步步做出來，看到火箭發射成功還是很有成就感的，但想得更多的還是如何改進。”劉上說自己喜歡用相機把過程拍攝下來，記錄下自己一步步攻克難關的不易。
利用在家上網課的空閒時間完成製作
通過努力，劉上的火箭完成了。在火箭發射的那天，劉上拍攝了那段閱讀過百萬的視頻。視頻中，一枚擁有透明箭體的火箭矗立在一片空地上等待發射。倒計時開始，發動機點火，火箭拖著尾煙升空，成為點綴在晚霞與圓月構成的背景板上的一處明麗的光亮。隨後火箭下落，降落傘成功打開，火箭順利著陸並被回收。
“推力矢量控制（TVC）” “姿態控制”、 “模塊化設計” 、“可重複使用”……視頻的製作人、火箭的設計者劉上介紹，這就是這枚火箭的“牛”處所在。劉上說，火箭搭載了劉上自制的TVC發動機。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，這在民間火箭愛好者的圈子裡也是一個不小的突破。此外，發動機使用“c型”燃料內孔，推力平穩；自帶起落架，無須發射架輔助便能起飛。
為火箭安裝姿態控制系統對劉上而言同樣是一次全新的嘗試。有了它，升空後的火箭會根據傳感器收到的數據，在空中自動調整姿態。火箭還在空中完成了推力矢量和鴨翼控制的切換，全程無須遙控。
這枚火箭高約96釐米，直徑9.5釐米，重3.1公斤，不同部件用到了光固化樹脂、電木、尼龍、PC塑料、碳纖維、不鏽鋼等材料，是劉上疫情期間在家中上網課之餘做的。不過，去年10月，他就有了這樣的設想。“當時看到國外知名的愛好者'BPS.space'製作的姿態控制火箭，激發了靈感。不過最初的想法非常粗糙，有很多空白的知識點沒有去了解。”
火箭的成功離不開朋友的幫助
在研製中，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，設計完成後，他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。
“另一個是燃料問題，我對於燃料方面的瞭解不夠深入。”劉上說。研製過程需要大量實驗驗證改進，火箭燃料的安全問題更是重中之重，不容許一點失誤。“雖然有危險，但都是可控的。試驗的時候會找無人的地方，提前找好掩體，備好滅火器，遙控點火。”
在6月份的發動機測試中，劉上接連遭遇兩次失敗。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。兩次失敗對他造成了不小的打擊。經過一番調整，他和夥伴中燃料方面的高手不斷討論，最後通過調整配方、冷凍燃料表面等方法解決了問題。
南航航天學院2019級航天中烏班學生白澔烔是劉上的好友，早在二人考入南航之前，白澔烔便以“Boss Monkey”的網名與劉上在科技論壇相識。去年劉上提出製作火箭的設想後，白澔烔一直與劉上保持著交流。
“去年航天學院運動會，我就發現他在操場上獨自在自學單片機相關知識，他就是這樣非常快速地突破了一個個知識點，尤其是疫情期間，研究進程突飛猛進。劉上的個人能力毋庸置疑，但有控火箭涉及方面很多，不可能每一點都兼顧，所以愛好者之間相互幫助交流是很重要的環節。”白澔烔說。
劉上表示，自己的同鄉兼網友劉奕兵是給予他最大幫助的人。從最初的發動機加工一直到視頻後期製作，這位朋友始終支持著自己，“他幾乎在現場參與了每一次測試和火箭最後的發射，測試時的素材他拍攝得比我自己還多，特別感謝他。”
劉上介紹，劉奕兵是自己的同齡人，也是高校內的火箭愛好者，二人在網上認識後一拍即合，很快成為火箭研製之路上的堅強支持。
劉上也經常在愛好者組建的交流群中分享自己的研製進度和難點，與成員們相互請教。由於常常埋頭研究到凌晨兩三點或者更晚，第二天早上照常上課，群友們都稱他為“肝帝”。
製作火箭是堅持了7年的興趣 最終目標是用火箭“送快遞”
這次火箭的成功發射並沒並讓劉上停止繼續研究， “這枚火箭還沒有達到最高的性能。”劉上表示，通過安裝在火箭上的傳感器和定位模塊，他採集到了本次飛行的各類數據，將繼續改進程序算法。“我的最終目標是用火箭送快遞。”劉上介紹，裝載著貨物的火箭“快遞員”會精準地射向目的地，並在到達後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。”
北青-北京頭條記者瞭解到，早在初中時，劉上就已發射過自制火箭，並用自制的無人機航拍。“他涉及方面很多，攝影、視頻製作、航模、穿越機花飛、火箭、外骨骼，什麼都玩。”白澔烔這樣形容劉上。平日在朋友眼中“不太愛說話”的他，總能對自己的作品侃侃而談。
得益於父母的大力支持，劉上能將更多的精力投入到興趣上。平日裡，劉上閱讀的書籍全是自己蒐集來的專業書，他的房間內也擺滿了各類製作模型的設備和工具，劉上自己都覺得“有點走火入魔的感覺”。
在劉上的房間裡，貼著一張SpaceX的海報，SpaceX的創始人馬斯克是劉上的偶像。初中時，劉上了解到SpaceX公司的可回收垂直起降的火箭，瞬間被吸引，加上對各類科幻電影的喜愛，都影響了劉上的研究方向。
“我就是想搞點好玩炫酷、對社會有價值的東西出來。”在劉上看來，視頻的爆紅有因可循。“以前大家都覺得只有國外網友能玩火箭，所以在國內看到會覺得還蠻驚喜的。會比較顛覆大眾認知，如果我能繼續做成功，應該還是挺有鼓舞性的。”
而在視頻發佈後，“BPS.space”也注意到了劉上的成果，“不可思議，這是非凡的作品！”對於這句評價，劉上感到自己的作品獲得了認可。
去年，劉上考入南航航天學院學習。“之前圈子裡有個厲害的‘前輩’來了南航。探索永無止境，在南航學習，我相信自己在未來只會更加專業。”
“與其他大一新生的微信朋友圈‘畫風’不同，他的朋友圈記錄了他在航天道路上的每一步成長。”劉上的本科生導師、航天學院副院長朱旭東對劉上有很深的印象，“瞭解到他在航天科創方面的熱情後，學院聯繫了相關領域的教授對他進行科創指導。”
據瞭解，本科生導師制是航天學院為學生選任專門指導老師的培養制度，在本科生入學時為每個寢室4名學生配備一名專業指導老師。大一期間，劉上還加入了”學校的航模隊。航模隊老師史明雙指導劉上用自制火箭申報了航空特色科技創新基地創新項目，獲得了學校的經費支持。
2014年，還在上初中的劉上曾在QQ空間裡寫道，“我覺得最吸引我的東西是航模、火箭、化學。”7年裡，他一直堅持著自己的熱愛。“我的興趣好像沒有起源，追求一直沒斷，今後希望將熱愛變成事業。”
（北青-北京頭條記者 王天琪）
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