劉上：未來想用火箭送快遞

李潤文

“未來可期！”“大一就把畢業(yè)設(shè)計(jì)做完了！”近日，一個(gè)學(xué)生自制固體火箭并成功發(fā)射的視頻在B站（嗶哩嗶哩視頻網(wǎng)站）上火了。不到一天的時(shí)間，該視頻的播放量就達(dá)到了41.6萬，彈幕留言超過6000條，而在抖音上同時(shí)發(fā)布的視頻，已收獲800余萬的播放量。

視頻中，一枚擁有透明箭體、外形炫酷的火箭矗立在一片空地上等待發(fā)射。倒計(jì)時(shí)開始，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，火箭拖著尾煙升空，飛行190米后下落，降落傘成功打開，火箭順利著陸并被回收。隨后，該視頻完整展現(xiàn)了一枚火箭從自主設(shè)計(jì)，到流體仿真、制造、測(cè)試、控制，并最終發(fā)射和回收的全過程。

這個(gè)視頻的作者、火箭的設(shè)計(jì)者名叫劉上，就讀于南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院航空航天工程專業(yè)，剛結(jié)束大一的所有課程。視頻中的所有步驟均由他自主完成，其中涉及的專業(yè)知識(shí)之多，不禁令網(wǎng)友們大呼“專業(yè)”！

37個(gè)視頻，一步步攻克難關(guān)

這枚火箭高約96厘米，直徑9.5厘米，重3.1千克，不同部件用到了光固化樹脂、電木、尼龍、PC塑料、碳纖維、不銹鋼等材料，是劉上在家中上網(wǎng)課之余制作的。

早在2019年10月，劉上就已經(jīng)有了這樣的設(shè)想，他說：“當(dāng)時(shí)看到國外知名的愛好者‘BPS.space制作的姿態(tài)控制火箭，激發(fā)了我的靈感。不過當(dāng)時(shí)我的想法非常粗淺，對(duì)很多知識(shí)點(diǎn)沒有理解?！?/p>

2019年10月19日，劉上通過自己的B站賬號(hào)發(fā)布了第一個(gè)相關(guān)視頻——“小型矢量噴管姿態(tài)自穩(wěn)固體火箭”，展示了作為固體火箭雛形的模型火箭的制作過程。

劉上說，他最初只打算做簡單的火箭模型，在設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮各種現(xiàn)實(shí)性因素。不過隨著模型漸漸制作完成，他便有了使用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，讓這個(gè)模型飛起來的想法。

在視頻的評(píng)論區(qū)，劉上寫道：“這個(gè)項(xiàng)目我會(huì)持續(xù)做下去，這是一個(gè)充滿困難與挑戰(zhàn)的過程，同時(shí)也是一個(gè)長久的過程，需要不斷地去學(xué)習(xí)、不斷地去探索、不斷地去嘗試，但只要我一直堅(jiān)持下去，說不定哪天就成功了?！?/p>

在半年多的時(shí)間里，通過自學(xué)和與愛好者們交流，劉上點(diǎn)亮了機(jī)械設(shè)計(jì)、3D建模、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料、編程、飛控算法、3D打印等“技能點(diǎn)”，才最終實(shí)現(xiàn)火箭的成功發(fā)射。B站賬號(hào)上的37個(gè)視頻，記錄了劉上一步一個(gè)腳印的研制過程。

“推力矢量控制”“姿態(tài)控制”“模塊化設(shè)計(jì)”“可重復(fù)使用”……這些都是這枚火箭的“?！碧幩?。火箭使用了劉上自制的發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口可以向不同方向偏轉(zhuǎn)，只要稍稍改變方向，就可以保證火箭筆直升空。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是劉上十分滿意的設(shè)計(jì)，而這在民間火箭愛好者的圈子里也是一個(gè)不小的突破。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)使用“C型”燃料內(nèi)孔，推力平穩(wěn);自帶起落架，無須發(fā)射架輔助便能起飛。

對(duì)劉上而言，為火箭安裝姿態(tài)控制系統(tǒng)同樣是全新的嘗試。有了它，升空后的火箭會(huì)根據(jù)傳感器收到的數(shù)據(jù)，在空中自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)。除此之外，火箭在空中還完成了推力矢量和鴨翼控制的切換，全程無須遙控。

10個(gè)月試驗(yàn)，在一次次失敗中找到答案

在研制中，矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的部分耗時(shí)最久。近4個(gè)月的嘗試，劉上經(jīng)歷了數(shù)次失敗。

第一大難題便是發(fā)動(dòng)機(jī)矢量噴口的設(shè)計(jì)，針對(duì)這方面知識(shí)儲(chǔ)備不足的情況，劉上查閱了很多相關(guān)資料。設(shè)計(jì)完成后，他和朋友一同完成了推力矢量的流體仿真，最終的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。

“另一個(gè)是燃料問題，我對(duì)燃料方面的了解不夠深入?！眲⑸险f，“研制過程需要用大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證改進(jìn)效果，火箭燃料的安全問題更是重中之重，不容許有一點(diǎn)失誤。雖然有危險(xiǎn)，但都是可控的。試驗(yàn)的時(shí)候我會(huì)到無人的地方，提前找好掩體，備好滅火器，遙控點(diǎn)火?！?/p>

2020年6月，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試接連兩次失敗，讓劉上損失了上千元，這對(duì)他造成了不小的打擊。經(jīng)過一系列調(diào)整，他和伙伴中的燃料高手不斷討論，最后通過調(diào)整配方、冷凍燃料表面等方法解決了問題。

航天學(xué)院2019級(jí)航天中烏班學(xué)生白澔烔是劉上的好友。2019年，劉上提出制作火箭的設(shè)想后，白澔烔就一直與劉上保持著交流。

白澔烔說，劉上的個(gè)人能力毋庸置疑，但有控火箭的研制涉及很多方面，不可能每一點(diǎn)都兼顧，愛好者之間相互幫助交流是很重要的環(huán)節(jié)。

劉上說，在制作過程中同鄉(xiāng)兼網(wǎng)友劉奕兵是給予自己最大幫助的人。從最初的發(fā)動(dòng)機(jī)加工，一直到視頻的后期制作，劉奕兵都給予了他很大幫助，幾乎在現(xiàn)場參與了每一次測(cè)試和火箭最后的發(fā)射。

劉上也經(jīng)常在愛好者組建的交流群中分享自己的研制進(jìn)度和難點(diǎn)，與成員們相互交流。由于常常埋頭研究到凌晨兩三點(diǎn)或者更晚，第二天早上還能照常上課，群友們都稱他為“肝帝”。

“這枚火箭還沒有達(dá)到最高的性能?！眲⑸媳硎?，通過安裝在火箭上的傳感器和定位模塊，他采集到了本次飛行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并將繼續(xù)改進(jìn)程序算法，他說：“我的最終目標(biāo)是用火箭送快遞。”為此，他確定了“三步走”的研發(fā)策略：姿態(tài)控制——飛行軌跡控制——定點(diǎn)軟著陸。

6年熱愛，追求無止境

早在初中時(shí)，劉上就已發(fā)射過自制火箭，并用自制的無人機(jī)航拍?！皵z影、視頻制作、航模、穿越機(jī)花飛、火箭、外骨骼，他什么都玩?！卑诐粸f。

得益于父母的大力支持，劉上能將更多的精力投入到興趣上。平日里，劉上閱讀的書全是自己搜集來的專業(yè)書，房間內(nèi)也擺滿了各類制作模型的設(shè)備和工具，劉上覺得自己“有點(diǎn)走火入魔”。

在劉上的房間里，貼著一張SpaceX的海報(bào)，SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克是劉上的偶像。初中時(shí)，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(duì)各類科幻電影的喜愛，他的研究方向受到了影響。

“我就是想做點(diǎn)好玩、炫酷、對(duì)社會(huì)有價(jià)值的東西出來?！痹趧⑸峡磥?，視頻的爆紅有因可循，“以前大家都覺得只有國外網(wǎng)友能玩火箭，所以看到國內(nèi)的自制火箭會(huì)覺得還蠻驚喜的。如果我能繼續(xù)成功，應(yīng)該還是挺鼓舞人的。”

在視頻發(fā)布后，“BPS.space”也注意到了劉上的成果，并評(píng)價(jià)：“不可思議，這是非凡的作品！”

“與其他大一新生的微信朋友圈‘畫風(fēng)不同，劉上的微信朋友圈記錄了他在航天道路上的每一步成長?！眲⑸系谋究粕鷮?dǎo)師、航天學(xué)院副院長朱旭東說。了解到劉上在航天科創(chuàng)方面的熱情后，學(xué)院聯(lián)系了相關(guān)領(lǐng)域的教授，對(duì)他進(jìn)行專門的指導(dǎo)。

大一期間，劉上加入了學(xué)校的航模隊(duì)。航模隊(duì)老師史明雙指導(dǎo)劉上用自制火箭申報(bào)了航空特色科技創(chuàng)新基地創(chuàng)新項(xiàng)目，獲得了學(xué)校的經(jīng)費(fèi)支持。

2014年，還在上初中的劉上曾在QQ空間里寫道：“我覺得最吸引我的東西是航模、火箭、化學(xué)?！?年里，他一直堅(jiān)持著自己的愛好，他說：“我的追求一直沒停，今后希望將熱愛變成事業(yè)?！?/p>

（咪咕摘自《中國青年報(bào)》2020年8月17日）