自己設計並製造一架真實的火箭是什麼體驗

2021-01-07 麥麥科技觀察

作者:老麥

自己設計並製造一架真實的火箭是什麼體驗?

美國的一位音樂專業畢業的小哥為了實現進入火箭製造公司工作的夢想,用了大約兩年的時間,自學火箭推進知識,自學編程控制火箭發動機,用3D印表機製造零部件,按照1/48的比例製造了一架」Falcon Heavy9」火箭。

獵鷹9號火箭

更重要的是,這架火箭能夠像Falcon Heavy 9火箭那樣真實地發射和著陸。沒錯,是真實地著陸,也就是火箭垂直回收,真是太酷了。

「真正的火箭會緩慢升起,而不是像模型火箭那樣像飛鏢一樣飛速前進。我沉迷於使用推力矢量控制(TVC)(平衡火箭發動機)的方法,而不是用鰭片保持模型火箭直立,以便它們可以更實際地發射和著陸。」小哥2014年從伯克利音樂學院獲得音頻工程學位後,了解到SpaceX和其他航空航天公司對推進降落技術的追求後,就被深深地吸引。

推力矢量控制噴管

為了證明自己有能力進入火箭公司工作,小哥一開始就給自己定下了一個看似遙不可及的目標,製造一架像SpaceX的Falcon 9一樣垂直起飛和垂直著陸(VTVL)的火箭。要知道,這可是SpaceX的看家本事,正是憑著這架火箭,SpaceX實現了一級火箭回收技術。

馬斯克,SpaceX

這需要使用固體燃料火箭發動機解決兩個棘手的問題:推力矢量飛行和降落。

說幹就幹,小哥購買了3D印表機,火箭的許多零件都是由3D印表機製成的。不得不說歪果仁的動手能力確實強悍。

經過大約兩年的學習和試驗,2017年12月,經歷了無數次失敗之後,小哥終於實現了自己的夢想,成功製造出了一款名為「Rocket Lab Electron」的1/48 Falcon Heavy 9模型。

Electron真實發射圖片

藉助推力矢量,這款模型火箭可以像真實火箭一樣緩慢上升並加快速度,無需在幾秒鐘內離開視線。從而獲得真實的發射體驗。

不過大家不要輕易嘗試,因為這款火箭的銷售目前只對美國本土開放。這款火箭不帶有基於點的導航設備,合乎美國的法規。

人們常說「為什麼你25歲,正在玩玩具?」

但是小哥說,「這是一個完全不同的故事,我的目標是宇宙可以實現的進步和革命。」

「我計劃在很小的時候取得很大的進步,我認為太空業務中人類成長的可能性是無限的。我將在月球上發射一些東西。我們必須經歷許多階段才能實現我們的目標。」

妥妥的又是一個「馬斯克」。

很多人說,為什麼中國出不了一個「馬斯克」?關於這個問題,老麥有自己的觀點。其實每一個馬斯克背後都有很多不成功的馬斯克。在美國也一樣,大家都對「不務正業」的人報以異樣的眼光。但是美國有較好的科普資源,更多的業餘愛好者以及先進的製造業資源,讓有夢想的人有更多的機會接觸先進位造業,並有相對多的資源付諸實施自己的夢想。

附件:

小哥自己製造的Electron火箭和發射架

這款Electron包括以下細節:

火箭發動機是在網上購買的固體火箭發動機。小哥沒有自己製造並且也不建議業餘愛好者們自己製造火箭發動機,更希望把注意力集中在發動機推力矢量控制上。

其中的推力矢量控制電機經過三年的設計開發,由3D列印的PLA材料製成。它使用兩個9g伺服器,它們的齒輪減速以獲得更高的精度。

推力矢量控制電機

另外,Electron帶有三個核心,每個核心都攜帶有飛行計算機和TVC組件。每臺計算機都有MEMS陀螺儀和加速度計,用於感應火箭的運動和方向,這與大多數智慧型手機中的傳感器相同。

在每臺飛行計算機用一個48MHz的Cortex M0處理器以400Hz的速度讀取飛行姿態數據,並將31個數據通道記錄到快閃記憶體晶片,每秒40次。

飛行軟體使用C++編寫,Swift使用iOS應用程式編寫,而Java使用Android應用程式編寫。飛行指導使用四元數來計算,四元數是用於3D定向和旋轉的複數系統,在計算上比其他方法更有效。

安裝後的火箭發動機推力矢量控制電機

不過在小哥看來,這款Electron還不完美。事實證明,垂直著陸非常困難!隨著火箭減速到接近懸停狀態,水平漂移成為一個問題。小哥正在深入了解控制此問題的必要數學以及嘗試使用小型LIDAR傳感器,以實現對地面的真正精確測距。

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