他們在大學本科實現童年夢想!自研火箭,飛向外太空,創造人類新紀錄_風聞
量子位-量子位官方账号-2019-06-01 16:18
乾明 李根 發自 凹非寺 量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
這樣的童年夢想,你有過嗎?
長大,變強變strong,發射火箭,飛躍地平線,探索無人之境。
現在,一羣平均20歲的大學本科生,實現了這樣“遙不可及”的夢想。
他們研究、設計、建造,並最終成功發射了名為旅行者4號的火箭,飛躍地球大氣層和外太空邊界,甚至超過了專業航天公司Blue Origin的首次騰空高度——那可是地球首富貝佐斯重金投資的項目啊。
這些年輕人不僅完成超越,而且創造了歷史。
人類航空航天史上,他們是第一支完全由大學本科生成功完成航空火箭發射的團隊。
榮耀屬於南加州大學(USC),屬於這個名叫“火箭動力實驗室”的學生科研社團。
Rocket Propulsion Laboratory(USC RPL).
2005年創辦,一屆新生來,一屆老生走,在共同的太空夢想下接力,終於在2019年,永載地球史冊。
人類航天新紀錄
USC RPL發射的自制火箭,經過精密計算後,官宣飛過“卡門線”進入外太空。
飛行高度10.3萬米,最高時速為3386英里(約合5450千米)。

“卡門線”(The Kármán line),國際航空運動聯盟(FAI)定義的太空分界線,海拔100公里處,用來作為地球大氣層和外太空的分界。
飛躍卡門線,也意味着成功越過地球。
這在航空航天刻度中算不上大書特書,但在需要動用巨大資源、甚至舉全國之力才能完成的人類航空史上,完全由大學本科生團體實現——
還是第一次。
誰造的火箭?
共計80名南加大本科生參與完成了此次壯舉。
他們打造的火箭名叫旅行者4號(Traveler IV),單級,固體燃料,高13英尺,直徑8英寸。11分鐘的飛行過程中,以超過17g的加速度加速,最高速度為4970英尺/秒。
而且在成功發射後,團隊還在發射地點29英里外成功回收火箭。
整個過程從火箭設計、製造到發射,全由RPL的本科生們自主完成。
他們分為8個任務組,開發了12種不同的機身和電機。
並且在固體和混合推進劑、複合材料結構、熱保護、高空恢復,以及機載航空電子系統領域,都達到了全球前沿的程度。
也有火箭專家圍觀研究後評價:難以置信,首屈一指。
但榮耀還不止於80名現役學生,背後是一屆屆RPL“追夢者”的努力。
RPL,南加州大學的本科生科研社團,2005年由大二學生Ian Whittinghill發起成立。
當時,各個國家一直在開展軍備競賽,爭奪太空。而且, 私人成立的公司也已經能夠在幾十年內進入太空。
但是從未有一個大學團隊能夠獨立設計,製造和發射進入太空並完好無損的火箭。
Ian Whittinghill成立實驗室的目的,就是希望挑戰不可能。
但沒想到,從挑戰到實現,已是15年之後,Ian Whittinghill早已畢業,其後一屆屆南加大學生加入進來,接力進行,整體工作歷時100萬小時。
在這15年中,還有過三枚“旅行者”火箭,但都失敗了。
屢敗屢戰,屆屆傳承
搞火箭,不僅需要夢想和勇氣,也是一個需要持續研發的過程。對於RPL這一學生團體來説,最大的挑戰就是成員的流動性非常高。
RPL的運營主管Neil Tewksbury向《連線》感慨,大學只有4年,所以實驗室中最資深的成員,不過3年半而已,畢業就得離開,然後交給其他新血液繼續。
比起其他團體,RPL每年都會在畢業季迎來25%員工的流失,而且是最富資歷和經驗的那部分。
這對經驗傳承的要求就格外高。
沒有什麼捷徑,RPL需要更加努力積累數據、總結經驗,把學到的、經歷的歷史教訓以更容易的方式傳承,避免接力者一次又一次地重複同樣的失敗。
RPL的首席工程師Dennis Smalling感慨,火箭背後的基本理論並不複雜,但火箭工程很難,建造它們的時候,要確保所有細節都正確。
毫無疑問,這些曾讓他們吃了不少苦頭。
RPL首次嘗試發射火箭,是在2013年。當時,他們試圖將“旅行者1號”送入太空,但這支火箭發射幾秒鐘之後,發動機就炸了。
第二年,“旅行者2號”也遭受了同樣的命運,不過原因在於碳纖維外殼的破裂。
連續兩次的失敗,對於這些年輕的學生來説,是一個不小的打擊。之後,他們開始潛心研發Fathom火箭和Graveler發動機,並將它們作為飛行系統的實驗平台,用於之後的火箭發射。
其中,Fathom火箭是旅行者火箭縮小版,能夠快速製造出來,來進行發射實驗,讓他們觀察火箭的各個子系統是如何協同工作的。
經過4年廣泛的地面測試,RPL開發的第二代Fathom火箭,在2017年創下了接近海拔4.4萬米的紀錄。
他們認為,似乎是時候嘗試另一次太空發射了。
2018年9月,RPL發射了“旅行者3號”。理論上來説,這可能是第一支進入太空的大學生火箭。
但遺憾的是,他們沒有能夠激活火箭上跟蹤和記錄加速度和位置的遙測系統,因此,任何飛行數據都沒有保留下來。
團隊後來預估,“旅行者3號”可能突破了11萬米,但他們不能拿“預估”交成績單。
而且他們當時也沒有辦法確認火箭殘骸會落到哪,會不會擊中營地。因此,在火箭殘骸回落的時候,他們都躲到汽車底盤下面,避免被高空墜落物砸到。
然而到今年4月21日發射“旅行者4號”的時候,上一代火箭的短板都被彌補了,不僅成功發射,順利進入預計高度,而且傳感器都被成功激活,最後還被成功回收。
5月22日,經過一個月的精確數據統計和檢查,南加大官方宣佈,“旅行者4號”飛行高度10.3萬米,最高時速為3386英里(約合5450千米),成功跨越“卡門線”,成為第一支創造該紀錄的大學本科團隊。

熱愛不息,奮鬥不止
當然,這一屆屆RPL成員,不僅在南加大實踐年少夢想,他們還在RPL歷練之後,成為了人類探索太空的中堅。
隨着RPL的不斷推進和研發,他們在航空航天領域的名氣越來越大,不光在科研學術領域,也在產業方面。
所以從馬斯克的SpaceX,到貝佐斯的Blue Origin,以及更多人航空夢開始的NASA,都紛紛向南加大RPL提供贊助、伸出橄欖枝,讓他們畢業後繼續航空航天,與熱愛同行,不斷創造歷史。
也有非畢業生靠熱愛改變現狀,比如家境不好的Madeline Koldos,在RPL的表現讓她獲得Blue Origin獎學金,這個小姐姐還進一步參與到了NASA的“火星2020漫遊車”項目中。
比如,由RPL成員Tim Ellis和Jordan Noone等在2015年創辦的公司Relativity Space,藉助3D打印來造火箭,已經拿下NASA大單,將於2021年初開始商業發射服務。
RPL也成為更多航空航天組織的人才招募來源。
並且還激勵了更多大學生團體,在美國,麻省理工、普林斯頓、加州伯克利以及波士頓大學等高校都有相似團體,並且還有大學太空競賽之類的比拼,有些類似最早的無人駕駛汽車的比賽。
高校老師也非常鼓勵這樣的項目和組織,因為不僅在探索科研知識,更能夠實踐所學,遠比單純課堂教學要有價值得多。
One more thing:致童真
當然,對於更多參與其中的年輕人,RPL的經歷也讓他們在20多歲就能實現童年夢想。
小時候“造火箭”、“當宇航員”,“探索宇宙”的童真無忌,真的就在年輕敢為的時候去實現。
或許年少無知時,不知道這樣的夢想不僅難,而且並非想幹就幹。也跟更多兒時願望類似,我們越長大越現實,隨着時間向前,失去鋭氣,只有看見才選擇相信。
但南加大RPL的一屆屆年輕人,現在用紀錄給出答案:堅持童真, 堅持熱愛,終有所成。
難道他們沒有在成長的過程中意識到“不現實”嗎?
在南加大RPL主頁,他們將這句肯尼迪總統的名言置於最顯眼位置:
我們如此選擇,不是因為容易,而是因為難。
參考資料:
http://www.uscrpl.com/updates/2019/5/22/traveler-iv
https://www.wired.com/story/how-a-group-of-students-built-and-launched-a-rocket-to-space/
https://www.wired.com/story/a-rocket-built-by-students-reached-space-for-the-first-time/
https://news.usc.edu/139825/rocket-science-space-loving-engineer-builds-rockets-at-usc/
— 完 —