河北高三生自制火箭发射成功:为这5秒付出好些年(组图)
2022年7月31日,天灰蒙蒙的。在宽阔的河道上,星辰(化名)点了三次火,火箭却在发射筒里一动不动。第四次,他即将放弃时,发动机发出巨大的轰鸣声,箭体升空,排出白烟,他举起相机,匆匆拍下尾焰处漂亮的马赫环。
那是他第一次成功发射固体燃料火箭。火箭飞行的时间不到5秒,他为此准备了3年。
星辰17岁,是河北邯郸的一名高三学生。他从小学六年级开始“手搓”火箭,目前已成功制作了十来枚水火箭、2枚固体火箭、一台液体发动机和试车台。高考结束后,他打算继续液体火箭的研制和试发,制造第二代液体火箭发动机。
今年7月,星辰成功制造出一台液体火箭发动机,并试车成功。他拍下了整个试车的过程,52秒的视频没有字幕和解说,却在B站上获得超过250万播放量。
最近,九派新闻与星辰聊了聊他制造火箭的心路历程。他追溯到,小学时曾在太原卫星发射中心,见证了中国高分十一号卫星发射升空,“那个场面深深震撼了我。”
星辰在制作火箭发动机试车台。图源:受访者提供
【1】小学六年级做出第一支火箭
我今年高三,已经开学了。平时,我在寒暑假期间去做火箭的设计和调试,周末会进行一些小型的组装和测试。
小学起,我就喜欢上火箭。
我在市图书馆偶然翻到关于火箭的书籍,感觉很神秘。之后,我把图书馆里关于航天的书都借遍了,有些还看了好几遍。我记得有本书的内容是,1969年,人类第一次在月球着陆,那些图片深深吸引了我。
小学六年级,我有幸去了太原卫星发射中心,亲眼见证了中国高分十一号卫星发射升空。
我当时就站在离塔架很近的位置,那个画面太震撼了,火箭升空时的轰鸣声特别大,感觉我的五脏六腑都跟火箭尾翼的震动共振。
后来我就在网上搜索火箭发射的视频和纪录片。其实不光是火箭,人类的航天精神也是深深吸引了我,就感觉在那种一无所知的情况下,就敢去探索这么浩瀚的星空。
我第一次做成火箭是在小学六年级。那是一枚水火箭,现在已经被“解剖”了。每一次测验发射完,我都会把每个机件段的螺母和螺杆拆卸下来,查看密封情况及表面磨损,积累经验。
目前,我做了十来枚水火箭、十来台固体火箭发动机、2枚固体火箭,制造了一台液体火箭发动机、一个标准的试车台,一枚箭体,高考后打算发射一枚液体火箭。
很多人问过我,怎么学习火箭方面的知识。我在B站上看过南京理工大学武晓松教授的公开课。有一些内容最初看不懂,但通过那堂课,我才算是真正了解固体火箭发动机的构造和运行原理。有看不懂的,我就一个个查,把公式给弄明白。
我的体会是,不是单凭学习专业知识和计算公式就可以做出一套配套系统。制造火箭的原材料都是比较常见的金属,但工件很难得到,网上也没有卖的成品,好多零部件需要自己设计。
要想这枚火箭达到自己的标准,就需要很多实践经验。这个经验都是一步步积累出来的,之后你可以依照前面的经验设计第二枚、第三枚、第四枚。
这对我来说,不是一个重复的过程。可能是因为我对这方面的兴趣很浓厚。对我来说,每一次重复、每一次设计、每一次实验都是一种享受。
如果我有整块的空闲时间的话,我几乎都会花在这一件事上。去年快过年的时候,我设计完火箭的箭体,零部件制造也完成了,需要组装和调试。那段时间,我早上5点多去,晚上10点多回,持续了十来天。午饭也是自己带到那边,应付两口。一天几乎就没别的,就这一件事。
我喜欢《星际穿越》,电影里他们为了让人类能在宇宙空间里生存下去,尝试了很多办法,我觉得人类的航天使命也是如此,都是想要飞出去。
“航天之父”齐奥尔科夫斯基说过一句话:地球是人类的摇篮,但人不能永远被束缚在摇篮里。
向外探索也是航天的使命之一。
小时候的星辰。图源:受访者提供
【2】试发时遇到过几次爆炸
我从初二开始研制固体火箭,学习固体火箭发动机设计的知识,一次次试车,再一步步改进,一直到高中才做出一个稳定可靠的发动机,才敢尝试第一次固体火箭的发射。
试发必须严谨。因为一旦出事,后果会严重。固体火箭虽然成本廉价,但也比较危险,可以说,它就是一个活生生的炸弹。
我遇到过几次爆炸。有一次,凌晨三四点,我去废弃的桥洞底下测试固体火箭发动机,当时离发动机只有30米。我按下发射按钮,发动机先是工作了一秒,下一秒直接从第二节和第三节中间炸开,直接炸成两半。
发动机外面的保护层散成碎片,打到我头盔的面罩上。幸好那个保护层是泡沫材质,而不是比较脆的金属,不然可能会形成破片,四散开来的后果不堪设想。
还有一次,因为发动机壳体工艺的问题,测试时,发动机底部被烧穿,直接飞到空中打转。其他的意外情况,包括燃料烧穿侧壁,造成泄漏。还有一次是喷管喉部的加工固定有问题,试发时,把喉部给吹裂了。
研制火箭的过程,就是不断失败,再一次次调试。不到试发的时候,都不知道结果。
我第一次成功发射固体火箭是在高一升高二的暑假。我还记得,那天是7月31日,早上10点多,天灰蒙蒙的,快要下雨。我家到发射地有近30分钟的车程,因为车里开着空调,室外温度很高,热空气遇冷凝结成水珠,附着在发动机的装药上,把最外层全部打湿了。
因为以往火箭是常温保存,我没意识到这个问题。到了河道边,我把火箭放入发射筒后,点火3次都失败了。我很纳闷,都准备放弃发射,把火箭从发射筒拆下来时,看了一眼发动机,才知道是里面进了水。
我心想,30分钟的路程都来了,我得再试一次。当时情绪挺低的,喊“一、二、三、点火”的时候,声音都沉沉的。按下去那一秒,火箭没有反应,我都准备收相机了,突然发动机就开始喷出大量废气,火箭瞬间升上几百米的高空。
幸亏是一层薄薄的水滴,后来可能是那3次点火把那块区域烤干了。当时那种激动的心情真的难以言表。火箭发射后排出的白烟特别大,尾焰清晰可见,跟正常的固体运载火箭的发射场面很相似,不管是视觉还是听觉,都是一个很强的冲击。
当时就很庆幸之前拍的经验比较多,不然差点就录不到第一次固体火箭的升空了。火箭飞了不到5秒钟,整个过程就结束了,我觉得特别值。其实付出好些年,就为了那5秒。
星辰第一次成功试发固体火箭。图源:受访者提供
【3】数万元造价的火箭可能瞬间灰飞烟灭
相较水火箭和固体火箭,液体火箭的花费较大,发动机成本在1万元左右,再加上管路、试车台、供应系统,大概需要2万到3万元。
精力也是,光组装一枚箭体就需要十多天的时间,整个液体火箭发动机的制造需要四到五个月,才能做成一套可靠的系统。
液体火箭的危险系数是比较高的,如果贮箱里的液氧和乙醇泄漏,在外界混合点燃,那爆炸的压力甚至比普通的炸药威力更大。
水火箭和固体火箭的技术难度,远远不如液体火箭。我是去年寒假开始做,起初没想到这么难,一直到今年的7月,液体火箭发动机才算是达到一个比较稳定的标准。
图纸改了又改。最初,在材料选择上,我选了非常普通的材料做燃料贮箱,但试验时发现,普通钢材在液氧加注时,效果并不好。后来我就把那些贮箱全部换成铝合金,重新做。
这个过程比预期的长了很多,没想到这么困难重重。当时画设计图纸想得太简单了,因为第一次接触液发,想象的和实际有很大的偏差。
第一次设计试车台时,发现之前设计的结构存在问题,那些监测设备和管路排布也有问题,当时几乎是整个工程推倒重建。现在的这一批管路、贮箱、箭体,还有新一套的试车台,是可以测试2000牛到5000牛推力之间的发动机。
今年7月,我决定去江苏翎客航天公司测试这台液体发动机,请专业团队进行液体火箭发动机的试车。当时,我距离试车台只有二三十米,他们按下点火按钮,发动机工作的一瞬间,我都不敢相信这个发动机是我设计的,发动机的轰鸣声比我之前测试的任何一台都要大。尾部的马赫环形状清晰,工作状态也很稳定。当时就觉得自己的努力没有白费,太值了。
液发属于危险系数特别高的类型,它的测试都是一锤子买卖,要么成功,要么失败。可能用1万元造了一台液发,在按下按钮的那一瞬间,就灰飞烟灭了。
星辰制造的火箭箭体,因为结构问题,将在2024年高考后重建。图源:受访者提供
【4】在网上认识很多火箭圈爱好者
火箭最初对我来说,是一个爱好,感觉它很神秘,所以想去探索它的原理。后来真正动手去做,才发现它和想象中的并不一样,现在它已经成为我生活中不可或缺的一部分。明年高考,大学还是想报航空航天类专业。
高考后,我打算把时间留给液体火箭的制造和设计。目前第一代发动机已经制造成功,后续将争取做一台更大推力的发动机。
在设计这枚液体火箭时,我的预想是分两个阶段。第一阶段是让火箭依靠第一代发动机进行一次试飞,因为第一代发动机是恒定推力,之后会设计一款直径更大的火箭,它的发动机推力更大,大概是第一代发动机的2到3倍。第二代发动机打算设计成可调节推力,根据火箭升空的每一阶段对推力的要求,来调节发动机和燃料的流量以及推力。
到时候会考虑把火箭的4片尾翼去掉,只依靠发动机的摆动来控制火箭的整体方向。
星辰发布液体火箭发动机试车视频,播放量超250万。图源:受访者供图
那个视频的播放量超过250万时,我心里没有很大的波澜。可能在试发现场经历了很多次震撼人心的画面。
很多人都是从我开始做水火箭就一直关注到现在。我确实很感谢他们,有些人会来善意地提出一些设计建议,我也会收到一些鼓励。
在网络上,我认识了很多火箭圈爱好者。我遇到过一个重庆的初中生,他也非常热爱火箭,投入了很多精力,他制造过一台液体发动机,这次也是我们一起合作,他负责编程,我负责制造。
我还遇到了一个四川的高中生,他做的也是一台液氧甲烷发动机,跟他们一起交流,我学习到了很多。
在那个视频底下,有条评论给我留下了很深的印象——“愿麦子和麦子长在一起,愿河流与河流流归一处,愿追梦人能遇到追梦人,在这条路上彼此鼓舞走下去。”
因为,很长一段时间里,我都是一个人在做这件事。我也非常希望能接触到一些志同道合的人,一起交流和学习,这比一个人去做研究和测试好多了,也希望能激励更多的人去尝试火箭的制造。