自己设计并制造一架真实的火箭是什么体验

作者:老麦

自己设计并制造一架真实的火箭是什么体验?

美国的一位音乐专业毕业的小哥为了实现进入火箭制造公司工作的梦想,用了大约两年的时间,自学火箭推进知识,自学编程控制火箭发动机,用3D打印机制造零部件,按照1/48的比例制造了一架”FalconHeavy9”火箭。

猎鹰9号火箭

更重要的是,这架火箭能够像FalconHeavy9火箭那样真实地发射和着陆。没错,是真实地着陆,也就是火箭垂直回收,真是太酷了。

“真正的火箭会缓慢升起,而不是像模型火箭那样像飞镖一样飞速前进。我沉迷于使用推力矢量控制(TVC)(平衡火箭发动机)的方法,而不是用鳍片保持模型火箭直立,以便它们可以更实际地发射和着陆。”小哥年从伯克利音乐学院获得音频工程学位后,了解到SpaceX和其他航空航天公司对推进降落技术的追求后,就被深深地吸引。

推力矢量控制喷管

为了证明自己有能力进入火箭公司工作,小哥一开始就给自己定下了一个看似遥不可及的目标,制造一架像SpaceX的Falcon9一样垂直起飞和垂直着陆(VTVL)的火箭。要知道,这可是SpaceX的看家本事,正是凭着这架火箭,SpaceX实现了一级火箭回收技术。

马斯克,SpaceX

这需要使用固体燃料火箭发动机解决两个棘手的问题:推力矢量飞行和降落。

说干就干,小哥购买了3D打印机,火箭的许多零件都是由3D打印机制成的。不得不说歪果仁的动手能力确实强悍。

经过大约两年的学习和试验,年12月,经历了无数次失败之后,小哥终于实现了自己的梦想,成功制造出了一款名为“RocketLabElectron”的1/48FalconHeavy9模型。

Electron真实发射图片

借助推力矢量,这款模型火箭可以像真实火箭一样缓慢上升并加快速度,无需在几秒钟内离开视线。从而获得真实的发射体验。

不过大家不要轻易尝试,因为这款火箭的销售目前只对美国本土开放。这款火箭不带有基于点的导航设备,合乎美国的法规。

人们常说“为什么你25岁,正在玩玩具?”

但是小哥说,“这是一个完全不同的故事,我的目标是宇宙可以实现的进步和革命。”

“我计划在很小的时候取得很大的进步,我认为太空业务中人类成长的可能性是无限的。我将在月球上发射一些东西。我们必须经历许多阶段才能实现我们的目标。”

妥妥的又是一个“马斯克”。

很多人说,为什么中国出不了一个“马斯克”?关于这个问题,老麦有自己的观点。其实每一个马斯克背后都有很多不成功的马斯克。在美国也一样,大家都对“不务正业”的人报以异样的眼光。但是美国有较好的科普资源,更多的业余爱好者以及先进的制造业资源,让有梦想的人有更多的机会接触先进制造业,并有相对多的资源付诸实施自己的梦想。

附件:

小哥自己制造的Electron火箭和发射架

这款Electron包括以下细节:

火箭发动机是在网上购买的固体火箭发动机。小哥没有自己制造并且也不建议业余爱好者们自己制造火箭发动机,更希望把注意力集中在发动机推力矢量控制上。

其中的推力矢量控制电机经过三年的设计开发,由3D打印的PLA材料制成。它使用两个9g伺服器,它们的齿轮减速以获得更高的精度。

推力矢量控制电机

另外,Electron带有三个核心,每个核心都携带有飞行计算机和TVC组件。每台计算机都有MEMS陀螺仪和加速度计,用于感应火箭的运动和方向,这与大多数智能手机中的传感器相同。

在每台飞行计算机用一个48MHz的CortexM0处理器以Hz的速度读取飞行姿态数据,并将31个数据通道记录到闪存芯片,每秒40次。

飞行软件使用C++编写,Swift使用iOS应用程序编写,而Java使用Android应用程序编写。飞行指导使用四元数来计算,四元数是用于3D定向和旋转的复数系统,在计算上比其他方法更有效。

安装后的火箭发动机推力矢量控制电机

不过在小哥看来,这款Electron还不完美。事实证明,垂直着陆非常困难!随着火箭减速到接近悬停状态,水平漂移成为一个问题。小哥正在深入了解控制此问题的必要数学以及尝试使用小型LIDAR传感器,以实现对地面的真正精确测距。




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