“快樂者1號”校園航天探測器設(shè)計與野外發(fā)射試驗(yàn)

從天宮一號到神舟十號，再到嫦娥三號，無不彰顯我國航天技術(shù)實(shí)力在世界上占有相當(dāng)重要的地位。但中國的航天技術(shù)與美國和俄羅斯相比，還有一定的差距，身為一名科技教育工作者，深感責(zé)任重大。青少年是祖國的未來，在他們身上有著令人贊嘆的創(chuàng)造潛力，因此筆者希望通過“快樂者1號”校園航天探測器的研發(fā)，用自己特有的方式創(chuàng)造機(jī)遇、搭建平臺，立志為我國培養(yǎng)更多、更好的青少年航天科技后備人才做出新的貢獻(xiàn)。

該項(xiàng)目榮獲全國第31屆青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新項(xiàng)目二等獎，云南賽區(qū)選拔賽一等獎；于2015年3月獲得專利，專利號：ZL 2014303766297，目前仍在不斷研發(fā)中。項(xiàng)目致力于“校園航天”（即：在校園層面，校園里展開的航天研究，“中國航天”則是指國際級層面的），旨在為青少年開展航天科普實(shí)踐活動的航天夢而奮斗，建立一個校園內(nèi)的“小小航天工程”?！丁靶@航天”科技創(chuàng)新教育實(shí)踐》項(xiàng)目，被臨滄市委、臨滄市政府授予“2016年度臨滄市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎”！

研究背景和意義

美國“信使號”水星探測飛船于2004年8月3日在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心由“德爾塔2”型火箭送入太空，明亮的火焰照亮了當(dāng)時灑滿月光的夜空，輝映在大西洋上，“信使號”開始了計劃中的耗時6年半、飛行79億公里的探測遠(yuǎn)征。2015年04月30日，北京時間（即5月1日） ，“信使號”探測器通過硬著陸以3.9km/s撞擊水星表面的方式，結(jié)束其探測使命，在水星北極附近留下一個直徑為16米的撞擊坑，新的探測器將于2024年抵達(dá)，屆時我們才能看到這個撞擊坑的圖像。

以此為契機(jī)，筆者特研發(fā)了“快樂者1號”校園航天探測器，旨在通過制作、發(fā)射校園航天探測器的方式，使青少年既能嘗試到探測器在天空飛行過程中執(zhí)行“探測任務(wù)”的樂趣，又能學(xué)到一些航天科技知識，對培養(yǎng)青少年從小養(yǎng)成“動腦想、動手做” 的良好習(xí)慣以及激發(fā)其航天科技創(chuàng)新熱情，乃至為國家培養(yǎng)未來航天人才產(chǎn)生了積極的作用。

基本原理

“快樂者1號”校園航天探測器搭乘自制校園航天火箭，在野外發(fā)射場點(diǎn)火升空后，攝像頭以及傳感器在空中開展“觀天、看地”的預(yù)定科學(xué)探測任務(wù)以及追蹤火箭的飛行姿態(tài)，并將實(shí)時畫面、照片通過發(fā)射天線傳回到地面接收機(jī)。

試驗(yàn)情況

這一項(xiàng)目研究規(guī)劃從2014年開始，先后對準(zhǔn)備搭載快樂者1號校園航天探測器的自制火箭運(yùn)載能力以及穩(wěn)定性進(jìn)行了3次野外發(fā)射試驗(yàn)。共有3個發(fā)射場：油菜花發(fā)射場、南美發(fā)射場、老母豬河發(fā)射場。第3次發(fā)射快樂者1號探測器的發(fā)射場分別位于23°55’25.12”北，99°53’54.03”東的南美發(fā)射場第三個發(fā)射窗口；時間是2015年5月1日，之所以選擇這一天，是因?yàn)檫@一天（北京時間）是美國“信使號”壯麗撞擊水星的時間?？鞓氛?號發(fā)射升空飛行一段時間后，類似“信使號”以硬著陸方式撞擊地面，撞擊地面后儀器殘骸散落一地。

因經(jīng)費(fèi)、時間等客觀因素存在，“快樂者1號”當(dāng)前基于青少年航天科技教育而研發(fā)，屬于民間航天技術(shù)的低空飛行探測器，有別于國家級層面太空飛行器，因此筆者首次引入“校園航天”概念，并獲得了首個這一領(lǐng)域的專利。

創(chuàng)新點(diǎn)

1.其特征主要是將攝像機(jī)收集數(shù)據(jù)通過發(fā)射天線，采用2.4GHz無線射頻技術(shù)發(fā)送照片、視頻及音頻訊號至地面接收機(jī)。

2.接收機(jī)可以在地面實(shí)時觀察空中探測的數(shù)據(jù)，并將所探測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，倘若探測器在落地過程中意外墜毀，存儲在探測器中的數(shù)據(jù)可能丟失，但地面接收機(jī)已存儲了數(shù)據(jù)，可有效防止數(shù)據(jù)丟失。

3.根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局?jǐn)?shù)據(jù)檢索，筆者所引入“校園航天”概念，目前有且只有1個“校園航天”領(lǐng)域的專利，即本文所表述的“探測器（快樂者1號校園航天探測器）”。

后續(xù)設(shè)想

我想，在今后的研究試驗(yàn)中，不斷完善這一校園航天探測器的功能，如增加速度傳感器、加速度傳感器、高度計等設(shè)備，以提供更多的科學(xué)探測服務(wù)，使其更具有實(shí)用性、創(chuàng)新性。計劃到2018年底實(shí)現(xiàn)探測器軟著陸返回，屆時探測器飛得更高，飛行更穩(wěn)，圖像分辨率更高！

鄭德楊：

榮獲世界發(fā)明智慧財產(chǎn)聯(lián)盟總會專項(xiàng)獎、第五屆澳門國際創(chuàng)新發(fā)明展銀獎、2016年泰國發(fā)明者日國際銀獎；全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新項(xiàng)目二、三等獎；被云南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會、云南省發(fā)展和改革委員會評為2018年“大眾創(chuàng)業(yè) 萬眾創(chuàng)新”考核評優(yōu)工作優(yōu)秀個人。

現(xiàn)任云南省臨滄市第一中學(xué)科技創(chuàng)新中心主任、創(chuàng)新人才培養(yǎng)處副主任。中國青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會會員，中國發(fā)明協(xié)會會員；2017年被聘請擔(dān)任中國青少年創(chuàng)意夢想評委；獲專利10余項(xiàng)?！丁靶@航天”科技創(chuàng)新教育實(shí)踐》項(xiàng)目，被臨滄市人民政府授予2016年度臨滄市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎。

熱愛科技教育事業(yè)，主抓青少年科技創(chuàng)新教育。榮獲2017年第八屆全國科學(xué)影像節(jié)優(yōu)秀科技指導(dǎo)教師、2017年“北斗領(lǐng)航夢想”全國青少年北斗科技實(shí)踐系列活動中學(xué)組優(yōu)秀科技教師；輔導(dǎo)學(xué)生在省級、國家級比賽中多次獲獎。在青少年科技創(chuàng)新教育實(shí)踐中引出“校園航天”概念，并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行作品研發(fā)。輔導(dǎo)科創(chuàng)學(xué)生孫海媛，在2018年清華大學(xué)中獲50分降分認(rèn)定，并通過自主招生批次被工科試驗(yàn)班類專業(yè)錄取，林一乙被云南大學(xué)降至一本線錄取。