轰隆一声,火光四射,画面中的喷射器炸了。B站网友整齐划一,在屏幕上刷出“全体起立”纷纷点赞。1月1日,UP主小叶所发布的“自主研发国内首台2000N全离心式喷注器液氧煤油火箭发动机”视频,短短几天内,视频就超过80万播放,网友点赞太硬核,中国航天未来可期!
实际上,设计这一硬核火箭的,是一位年仅19岁的厦门道具师小叶。他告诉记者,虽然实验失败了,但比实验结果更有价值的是这次尝试,“普通的航天爱好者也有能力利用常见材料制造一个大推力火箭发动机上的部件”。
民间首次尝试的方案,火了
发布后的短短几天之内,小叶的视频在网络上收获了超过80万观看及近10万次点赞。
离心式喷注器,由于对材料、技术有极高的要求,因此一般用于大型的发动机装置中,例如国家级的航天装置上。喷注器作为液体火箭发动机的核心装置,起到把燃料均匀雾化,让燃料和氧化剂充分混合燃烧的作用。而民间对于这种设备的首次挑战,让不少网友大呼过瘾!
“最难的应该是原理设计,这是一个从无到有的过程。”小叶表示,整个实验过程的第一步对他们来说是最难也是最为关键的——原理设计。离心式喷嘴配合液氧煤油的方案虽然在国外也有人尝试过,但是离心式喷注器用于大型装置和用于微型装置完全是两种情况,能借鉴的地方几乎没有,“实验设计完全是从零开始。”
小叶介绍,他和团队成员进行的原理设计最重要的是确定实验目的和想要达到的实验效果,而在这个过程中对于材料的选择又尤为关键。
“因为我们预算有限,所以尽可能取材于来自日常生活中常见的材料。”小叶说,例如用来做喷注器的面板,就是日常生活中保温壶所使用304不锈钢,而视频中网友频频疑惑的“花洒”,就是喷注器。“它的面板上有许多焊接的小小的圆形凹槽,就是喷注器单元组成的一个阵列。”还有6061铝合金,是制作手机外壳的主要材料。
对于网友质疑的焊接工艺,小叶告诉记者:“其实焊接只要达到它的有效强度即可。”因为“花洒”是空心的,即喷注器单元与外壳是分离的,这就需要用焊接将两者结合,以防止燃料泄漏。小叶与团队成员会通过水压测试的方式来检测其是否达到了有效强度。然后再用CFD仿真模拟,真实情况会发生的现象。
大部分材料都是网上买的
设计完成后,再通过建模来设计出喷注器和微型发动机的完整模型。前两步一共花费了团队一年的时间。第三步是根据模型来制作装置。小叶说:“大部分材料都是在网上买的。”根据材料的不同性质,在使用的过程中小叶和他的团队成员都要精心保存和处理。
整个过程并不顺利,“做喷口用的石墨在一次运输过程中不小心磕掉了一个小角落,我们不得不再花费四五天的时间去修复。”小叶表示。
反反复复准备后,在制作完各个零部件以后就是组装和实地测试了。由于实验存在一定的风险,小叶和他的团成员会选在人烟稀少的郊区,在进行实验的时候,他穿上防护服,设置好围栏,等待“火箭”喷射。
尽管在此次的实验中,网友们看到的结果是发动机最后发生了爆炸,但是小叶解释道:“我们基于性价比所采用的是304不锈钢材料,它无法承受过高的温度是导致喷注器面板被极高的温度所烧穿,火焰进入喷注器内部导致产生了爆炸的主要原因。但在我们使用的核心元件之一文氏管的作用下,爆炸对阀门包括燃料罐没有造成任何影响。”
对于此次实验的结果,小叶认为,从发动机的实验来看它的确是失败了,但是从另一个角度来说我们也是成功的。这是小叶他们团队项目中的一个关键的理论验证实验,目的是为了证明离心式喷注器结构应用于小型发动机的可行性。“这一次我们设计的离心式喷注器刚好达到了我们预计的工作时间。”小叶介绍说,从所有已公开的情报表明,他们是国内第一个采用双组离心式喷注器的。
航天系统融媒点赞,团队称会继续实验
“还好我没有放弃,不然可能会遗憾一辈子的。”回想起暑假和团队成员们一起做的试验,小叶觉得一年半的准备和努力都是值得的。
据小叶介绍,研发火箭推进器的团队叫做月都喷气,算上小叶一共有三个人。另外两名成员一个是小黄,主要负责发动机的设计;一个是小陈,主要负责测试台的设计;小叶自己则负责团队整个项目的总监。
三人起初并不相识,从网络相识到最终一起实验,是因为对航天事业共同的热爱。2017年,这个三人的实验团队正式成立。在2018年进行了首次500N AK-Tonka 250 液体火箭发动机研发实验。一年多之后,又进行了第二次实验又立刻上马。
由于是民间自发组织的实验,整个过程并非一帆风顺,资金、材料、场地等都出现问题。甚至一度在实验开始前,实验用的燃料储存罐却怎么也打不开,几人在荒郊野外的试验场睡了一宿寻找解决办法。
月都团队的实验视频在B站上也获得了不少网友们的赞许和感叹,吸引来了我国航天融媒体官方账号“我们的太空”的回应:“中国航天未来可期!”小叶说:“网友的评论都很善意,他们的支持和建议都让我非常感动。”团队也更加坚定了自己的目标。有了前面的经验累积,月都喷气团队打算在2021年全面启动他们的Reisen-Sakuya计划。小叶说:“reisen和sakuya代表着东方Project里的两个人物,这两个角色一个是在地球上一个是在月球上,所以这个计划名称象征着月球与地球之间的距离也是触手可及的。”
小叶和团队成员希望可以基于这次的设计以及经验,制作出第一台可使用的发动机,达到目前中国小推力商业液体火箭发动机的平均水准。
尽管还很年轻,但几名实验人员却觉得,只要热爱在,对航天设备的实验仍将继续。
【记者】徐勉
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【实习生】彭一力
【策划统筹】张志超