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06-21
*转载文章不代表本站观点。
本文来自微信公众号“月知网”（gh_ad4cb8f6a）作者：麦兹·斯坦法特DIY火箭能否将业余爱好者送入太空？这是我见过的最美丽的景象之一：我们自制的火箭慢慢地从天而降，背面有一个橙白色的降落伞，我花了很多个晚上在餐桌上完成。
6.7 米高的 Nex? II 火箭由哥本哈根亚轨道团队设计和制造的二元推进剂发动机提供动力。
该发动机将乙醇和液氧混合，产生 5 千牛顿的推力，将火箭发射到数米的高度。
更重要的是，火箭完好无损地返回。
八月任务的成功标志着我们向使用 DIY 火箭将业余宇航员送上太空边缘的目标迈出了一大步。
现在，我们正在建造角宿一火箭来实现这一目标，希望在10年内发射载人火箭。
“哥本哈根亚轨道”是目前世界上唯一的众筹载人航天计划。
来自世界各地的数百名慷慨捐助者每年共同为该项目提供近10万美元的资金。
我们的项目成员由不同的志愿者组成，他们白天从事各种工作。
我们有很多工程师，也有像我这样热爱跳伞的人。
我也是宇航员的三位候选人之一。
我们已经进入新的太空时代：国家航天局不再是唯一的“玩家”，太空变得越来越触手可及。
蓝色起源等商业公司现在制造的火箭能够将普通公民送入轨道。
但蓝色起源、SpaceX 和维珍银河都得到了亿万富翁的大力支持，他们都计划以数十万到数百万美元的价格出售太空旅行机会。
哥本哈根亚轨道有着完全不同的愿景。
我们相信，任何愿意投入时间和精力的人都应该能够进行太空飞行。
2001年，自学成才的工程师和曾在美国宇航局工作的太空建筑师创立了哥本哈根亚轨道。
从一开始，它的使命就很明确：载人航天。
两位创始人均于 2006 年离开该组织，但当时该项目已有约 50 名“志愿者”成员，势头强劲。
这本杂志的封面是五位现任志愿者的照片：从左到右：作者、麦斯·斯滕法特、马丁·赫泽高·彼得森、乔根·斯凯（J?rgen Skyt、卡斯滕·奥尔森和安娜·奥尔森）。
团队的基本原则是，一个硬——勤奋、聪明、敬业的团队可以一一解决建造经济实惠的载人航天器所面临的工程问题。
当人们问我为什么这样做时，我有时会回答：“因为我们可以。
”我们的目标是到达海拔一千米的卡门线，这是地球与外太空之间的分界线。
发动机关闭后，宇航员到达这个高度时会经历几分钟的寂静和失重，并会看到令人惊叹的景色，但这样的旅程并不容易。
在下降过程中，太空舱以高达公里/小时的速度在天空中疾驰，将经历°C的外部温度和3.5倍的重力。
我于 2006 年加入该组织，当时该组织从一艘退役渡轮内的创客空间搬到了哥本哈根海滨附近的机库。
那年年初，我观看了哥本哈根亚轨道的首次发射，一枚HEAT-1X火箭从波罗的海的移动发射平台发射升空，但不幸的是，火箭因大部分降落伞未能展开而坠入海中。
我给这个组织带来了一些从多年跳伞运动中获得的运动降落伞的基本知识，希望将这些知识转化为有用的技能。
该团队的下一个重要事件发生在 2007 年，当时我们成功发射了蓝宝石火箭，这是我们的第一枚包含制导和导航系统的火箭。
其导航计算机使用三轴加速度计和三轴陀螺仪来跟踪其位置，其推力控制系统通过移动插入排气管组件中的四个伺服安装铜气舵来移动火箭。
一直走在正确的轨道上。
HEAT-1X 和蓝宝石火箭都使用固体聚氨酯和液氧燃料的混合物。
我们有兴趣开发一种混合液体乙醇和液氧的二元推进剂火箭发动机，因为这种液体推进剂发动机既高效又强大。
我们原本计划用定于今年年底发射的 HEAT-2X 火箭来演示这项技术，但不幸的是，在计划发射前几周的静态点火测试中，其发动机着火了。
该测试应该涉及 90 秒的受控燃烧；然而，由于焊接错误，大量乙醇在几秒钟内喷入燃烧室，引发大火。
我站在几百米外，即使在那么远的地方，我也能感觉到脸上的热量。
HEAT-2X 火箭的发动机被确定无法运行，任务被取消。
虽然这次事件非常令人失望，但我们学到了一些宝贵的教训。
在那之前，我们的设计一直基于我们现有的能力（车间的工具和项目人员）。
失败迫使我们退后一步，思考我们需要掌握哪些新技术和技能才能实现最终目标。
这种反思促使我们设计了相对较小的 Nex? I 和 Nex? II 火箭，以展示降落伞系统、二元推进剂发动机和油箱压力调节组件等关键技术。
2019 年 8 月 Nex? II 发射时，我们的发射场位于丹麦最东端岛屿博恩霍尔姆岛以东 30 公里处。
它是波罗的海的一部分，也是丹麦海军进行军事演习的地方。
为了在瑞典空管批准的时间（上午9点）准时到达指定海域发射，我们于凌晨1点离开博恩霍尔姆岛的Nex?港口。
（虽然我们的船在国际水域，但波罗的海上空的空域受瑞典监管。
）发射前一天，我们的许多团队成员花了一天时间测试火箭上的各种系统，喝着咖啡保持清醒。
当 Nex? II 起飞并整齐地与发射塔分离时，我们都欢呼起来。
火箭继续沿其轨道运行，当到达 1,000 英尺的最高点时，它抛弃了它的鼻锥，同时向我们的任务控制船发送遥测数据。
当它开始下降时，它首先展开降落伞，这是一种气球式降落伞，用于在高空稳定航天器，然后是主降落伞，将其轻轻地带入波浪中。
这次发射使我们距离掌握海上发射和着陆的组织又近了一步。
我们还测试了在这次发射期间预测火箭路径的能力。
我建立的模型预测着陆将发生在发射平台以东4.2公里处；它实际上降落在平台以东 4.0 公里处。
这是我们第一次实现降落伞完全展开的受控海上着陆，这是一个重要的概念证明，因为软着陆对于任何载人任务都是绝对必要的。
Nex? II 的 BPM5 发动机是少数几个并非完全在我们车间加工的部件之一；一家丹麦公司负责制造最复杂的发动机部件。
然而，当零件在发布日前不久到达商店时，我们发现排气喷嘴略有变形。
由于没有时间订购新零件，所以我们的一位志愿者雅各布·拉森（Jacob Larsen）用大锤将其锤打成形。
它不是一个漂亮的引擎，所以我们给它起了个绰号“弗兰肯引擎”，但它确实有效。
自 Nex? II 推出以来，我们已将这台发动机点火了 30 多次，有时甚至超出了其设计极限，但它并未损坏。
这次任务还展示了我们新的动态压力调节 (DPR) 系统，该系统帮助我们控制进入燃烧室的燃油量。
Nex? I 使用一种更简单的系统，称为压力泄放系统，其中 1/3 的燃油箱是压缩气体，能够将液体燃料推入燃烧室。
在 DPR 系统中，燃料箱充满燃料，并通过一组控制阀在高压下连接到单独的氦气罐。
由此，我们可以调节流入燃料箱的氦气量，将燃料推入燃烧室，从而在火箭飞行过程中的不同点设置不同的推力水平。
Nex? II 任务证明了我们的设计和技术从根本上来说是合理的。
是时候开始研发角宿一载人火箭了。
加上太空舱后，角宿一火箭高度将达到13米，发射总重量为千克，其中燃料为千克。
它将是业余爱好者有史以来建造的最大的火箭。
它的引擎是千牛的BPM，它采用了我们在BPM5中掌握的技术并做了一些改进。
与之前的设计一样，它采用再生冷却技术，其中一些燃料通过燃烧室周围的通道来限制发动机的温度。
为了将燃料推入燃烧室，它将飞行第一阶段的简单泄压方法与 DPR 系统相结合，这使我们能够更好地控制火箭推力。
发动机零件将由不锈钢制成，我们预计大部分部件将由轧制金属板制成。
最棘手的部分是连接燃烧室和排气喷嘴的双曲线“喉咙”部分，这需要我们没有的计算机控制加工设备。
幸运的是，我们知道业内谁可以提供帮助。
从 Nex? II 的喷淋式喷油器改为同轴离心式喷油器是一个重要的变化。
淋浴喷射器有大约十几个非常小的燃料通道，这些通道很难制造，因为如果在制造其中一个通道时出现问题，例如钻头被卡住，我们就必须扔掉整个喷射器。
在同轴离心喷射器中，液体燃料以两个旋转液膜的形式进入燃烧室，当它们碰撞时雾化，产生燃烧的推进剂。
我们的离心喷射器使用大约组装成结构的旋风分离器元件。
这种模块化设计应该更容易制造和测试，并保证质量。
今年4月，我们对多款喷油器进行了静态测试。
我们首先使用非常熟悉的淋浴喷头进行试验以建立基线，然后测试通过传统机器铣削制造的黄铜离心喷头和 3D 打印钢制离心喷头。
我们总体上对两种离心喷射器的性能感到满意，并正在分析数据以确定哪一种性能更好。
然而，我们确实看到了一些燃烧不稳定的问题，即喷油器和发动机喉部之间火焰的一些振荡，这是潜在的危险。
我们很清楚这些振荡的原因，因此我们相信通过一些设计调整我们可以解决问题。
我们很快将开始制造全尺寸 BPM 发动机，包括新的火箭制导系统。
在以前的火箭中，发动机的排气喷嘴中有金属叶片。
我们会移动这些叶片来改变推力角度，但这些叶片会在排气流中产生阻力，从而使有效推力减少约 10%。
我们在新设计中加入了一个万向节，它可以前后旋转整个发动机以控制推力矢量。
我们的万向节系统是由荷兰 21 岁的本科生 Jop Nijenhuis 设计和测试的，他设计了万向节作为他的论文项目（并因此获得了最高荣誉）。
），这进一步支持了我们的信念，即聪明而专注的人可以解决棘手的工程问题。
我们使用与 Nex? 火箭相同的制导、导航和控制 (GNC) 计算机。
然而，胶囊提出了新的挑战：一旦太空舱与火箭分离，为了让它们按预期方向返回地球，我们需要单独控制每个部分。
当分离发生时，GNC 计算机的两半需要了解最佳飞行的参数已经改变，但从软件的角度来看，与我们已经解决的问题相比，这是一个小问题。
我的专业是降落伞设计。
我一直在研究一种气球降落伞，它可以在 70 公里的高度充气，以在载人太空舱最初高速下降时减慢速度；还有一个降落伞，当太空舱距海面 4 公里时，降落伞就会膨胀。
降落伞。
我们通过让跳伞员带着降落伞从飞机上跳下来来测试这两种类型的降落伞，最近一次是在 2018 年进行的气球降落伞测试。
虽然降落伞测试因疫情而暂停，但应该很快就会恢复。
我的第一个降落伞原型将部署在助推火箭上，它基于一种名为 Supersonic X 的设计，这种降落伞看起来像飞的洋葱，而且非常容易制造。
不过，我无奈改用了背带式降落伞，它在高压力情况下经过了更彻底的测试，更稳定、更坚固。
我说“无助”是因为我知道组装这样一个设备要付出多少工作。
我首先制作了一个直径为1.24米的降落伞，有27条带子贯穿12个顶篷，每个顶篷有3个连接点。
所以就在这个小原型上，我必须缝制一个连接点。
全尺寸版本将有一个连接点。
我尝试接受挑战，但如果进一步测试表明 Supersonic X 设计足以满足我们的要求，我不会反对。
在过去的发射任务中，我们测试了两个载人太空舱：2016 年的第谷·布拉赫号和 2016 年的第谷深空号。
下一代角宿一号太空舱空间不大，但足以容纳宇航员，宇航员在发射期间将一直坐在座位上。
15 分钟的飞行（以及 2 小时的飞行前检查）。
我们正在建造的第一个航天器是一个重型钢制“样品”舱，它是我们用来研究实际布局和设计的基本原型。
此外，我们还将用这个模型来测试舱口设计、整体压力和真空阻力，以及形状的空气动力学和流体动力学，因为我们希望太空舱能够落入海中，对里面的宇航员影响最小机舱。
中间。
一旦我们对样品设计感到满意，我们将制作一个轻型飞行版本。
目前，哥本哈根亚轨道团队的三名成员，我本人、卡斯滕·奥尔森和他的女儿安娜·奥尔森，将成为宇航员首次载人飞行任务的候选人。
我们都理解并接受乘坐自制火箭飞入太空的风险。
在我们的日常工作中，我们的三位宇航员候选人并没有享受任何特殊待遇，也没有接受任何特殊培训。
到目前为止，我们完成的额外任务之一是坐在太空舱的座位上检查其尺寸。
由于我们距离首次载人飞行还有十年的时间，候选者名单可能会发生变化。
对我来说，参与这项任务并帮助建造将第一位业余宇航员送入太空的火箭是一项巨大的荣誉。
无论我们最终是否成为宇航员，我都将永远为我们的成就感到自豪。
人们可能想知道我们如何在每年约 100,000 美元的微薄预算下进行管理，尤其是当他们知道我们一半的收入用于租用我们的工作室时。
我们尽量通过购买现成的标准零件来降低成本，当需要定制设计时，我们很幸运能与愿意给我们慷慨折扣并支持我们项目的公司合作。
因为我们是从国际水域发射的，所以我们不需要支付发射设施的费用。
每个志愿者在前往博恩霍尔姆参加发布会时都自己支付交通费，我们住在一个体育俱乐部，睡在地板上的垫子上，在更衣室里淋浴。
我有时开玩笑说我们的预算大约是 NASA 在咖啡上花费的 1/10。
然而，这可能足以让我们完成工作。
我们原本计划在今年夏天首次推出 Spica，但由于 COVID-19 大流行而推迟了计划，我们的工作室被迫关闭了几个月。
现在我们希望在2020年夏天进行试射，届时波罗的海的情况相对温和。
在Spica的初步测试中，我们将在中途重新加满燃料箱，并计划将火箭发送到约30至50公里的高度。
如果这次飞行成功，角宿号将在下一次测试中携带更多燃料并飞得更高。
如果一年中航班出现故障，我们将找出问题、解决问题，然后重试。
令人惊奇的是，斯皮卡·宇航员花费了 20 多年的时间才完成最后一次 15 分钟的星际之旅。
但我们知道，我们的支持者正在倒计时，直到历史性的一天到来，届时业余宇航员将登上自制火箭，向地球挥手告别，并准备在 DIY 世界中实现巨大飞跃。
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