他们在大学本科实现童年梦想!自研火箭,飞向外太空,创造人类新纪录

不是因为容易,而是因为难。

乾明 李根 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

这样的童年梦想,你有过吗?

长大,变强变strong,发射火箭,飞跃地平线,探索无人之境。

现在,一群平均20岁的大学本科生,实现了这样“遥不可及”的梦想。

他们研究、设计、建造,并最终成功发射了名为旅行者4号的火箭,飞跃地球大气层和外太空边界,甚至超过了专业航天公司Blue Origin的首次腾空高度——那可是地球首富贝佐斯重金投资的项目啊。

这些年轻人不仅完成超越,而且创造了历史。

人类航空航天史上,他们是第一支完全由大学本科生成功完成航空火箭发射的团队。

荣耀属于南加州大学(USC),属于这个名叫“火箭动力实验室”的学生科研社团。

Rocket Propulsion Laboratory(USC RPL).

2005年创办,一届新生来,一届老生走,在共同的太空梦想下接力,终于在2019年,永载地球史册。

人类航天新纪录

USC RPL发射的自制火箭,经过精密计算后,官宣飞过“卡门线”进入外太空。

飞行高度10.3万米,最高时速为3386英里(约合5450千米)。

“卡门线”(The Kármán line),国际航空运动联盟(FAI)定义的太空分界线,海拔100公里处,用来作为地球大气层和外太空的分界。

飞跃卡门线,也意味着成功越过地球。

这在航空航天刻度中算不上大书特书,但在需要动用巨大资源、甚至举全国之力才能完成的人类航空史上,完全由大学本科生团体实现——

还是第一次。

谁造的火箭?

共计80名南加大本科生参与完成了此次壮举。

他们打造的火箭名叫旅行者4号(Traveler IV),单级,固体燃料,高13英尺,直径8英寸。11分钟的飞行过程中,以超过17g的加速度加速,最高速度为4970英尺/秒。

而且在成功发射后,团队还在发射地点29英里外成功回收火箭。

整个过程从火箭设计、制造到发射,全由RPL的本科生们自主完成。

他们分为8个任务组,开发了12种不同的机身和电机。

并且在固体和混合推进剂、复合材料结构、热保护、高空恢复,以及机载航空电子系统领域,都达到了全球前沿的程度。

也有火箭专家围观研究后评价:难以置信,首屈一指。

但荣耀还不止于80名现役学生,背后是一届届RPL“追梦者”的努力。

RPL,南加州大学的本科生科研社团,2005年由大二学生Ian Whittinghill发起成立。

当时,各个国家一直在开展军备竞赛,争夺太空。而且, 私人成立的公司也已经能够在几十年内进入太空。

但是从未有一个大学团队能够独立设计,制造和发射进入太空并完好无损的火箭。

Ian Whittinghill成立实验室的目的,就是希望挑战不可能。

但没想到,从挑战到实现,已是15年之后,Ian Whittinghill早已毕业,其后一届届南加大学生加入进来,接力进行,整体工作历时100万小时。

在这15年中,还有过三枚“旅行者”火箭,但都失败了。

屡败屡战,届届传承

搞火箭,不仅需要梦想和勇气,也是一个需要持续研发的过程。对于RPL这一学生团体来说,最大的挑战就是成员的流动性非常高。

RPL的运营主管Neil Tewksbury向《连线》感慨,大学只有4年,所以实验室中最资深的成员,不过3年半而已,毕业就得离开,然后交给其他新血液继续。

比起其他团体,RPL每年都会在毕业季迎来25%员工的流失,而且是最富资历和经验的那部分。

这对经验传承的要求就格外高。

没有什么捷径,RPL需要更加努力积累数据、总结经验,把学到的、经历的历史教训以更容易的方式传承,避免接力者一次又一次地重复同样的失败。

RPL的首席工程师Dennis Smalling感慨,火箭背后的基本理论并不复杂,但火箭工程很难,建造它们的时候,要确保所有细节都正确。

毫无疑问,这些曾让他们吃了不少苦头。

RPL首次尝试发射火箭,是在2013年。当时,他们试图将“旅行者1号”送入太空,但这支火箭发射几秒钟之后,发动机就炸了。

第二年,“旅行者2号”也遭受了同样的命运,不过原因在于碳纤维外壳的破裂。

连续两次的失败,对于这些年轻的学生来说,是一个不小的打击。之后,他们开始潜心研发Fathom火箭和Graveler发动机,并将它们作为飞行系统的实验平台,用于之后的火箭发射。

其中,Fathom火箭是旅行者火箭缩小版,能够快速制造出来,来进行发射实验,让他们观察火箭的各个子系统是如何协同工作的。

经过4年广泛的地面测试,RPL开发的第二代Fathom火箭,在2017年创下了接近海拔4.4万米的纪录。

他们认为,似乎是时候尝试另一次太空发射了。

2018年9月,RPL发射了“旅行者3号”。理论上来说,这可能是第一支进入太空的大学生火箭。

但遗憾的是,他们没有能够激活火箭上跟踪和记录加速度和位置的遥测系统,因此,任何飞行数据都没有保留下来。

团队后来预估,“旅行者3号”可能突破了11万米,但他们不能拿“预估”交成绩单。

而且他们当时也没有办法确认火箭残骸会落到哪,会不会击中营地。因此,在火箭残骸回落的时候,他们都躲到汽车底盘下面,避免被高空坠落物砸到。

然而到今年4月21日发射“旅行者4号”的时候,上一代火箭的短板都被弥补了,不仅成功发射,顺利进入预计高度,而且传感器都被成功激活,最后还被成功回收。

5月22日,经过一个月的精确数据统计和检查,南加大官方宣布,“旅行者4号”飞行高度10.3万米,最高时速为3386英里(约合5450千米),成功跨越“卡门线”,成为第一支创造该纪录的大学本科团队。

热爱不息,奋斗不止

当然,这一届届RPL成员,不仅在南加大实践年少梦想,他们还在RPL历练之后,成为了人类探索太空的中坚。

随着RPL的不断推进和研发,他们在航空航天领域的名气越来越大,不光在科研学术领域,也在产业方面。

所以从马斯克的SpaceX,到贝佐斯的Blue Origin,以及更多人航空梦开始的NASA,都纷纷向南加大RPL提供赞助、伸出橄榄枝,让他们毕业后继续航空航天,与热爱同行,不断创造历史。

也有非毕业生靠热爱改变现状,比如家境不好的Madeline Koldos,在RPL的表现让她获得Blue Origin奖学金,这个小姐姐还进一步参与到了NASA的“火星2020漫游车”项目中。

比如,由RPL成员Tim Ellis和Jordan Noone等在2015年创办的公司Relativity Space,借助3D打印来造火箭,已经拿下NASA大单,将于2021年初开始商业发射服务。

RPL也成为更多航空航天组织的人才招募来源。

并且还激励了更多大学生团体,在美国,麻省理工、普林斯顿、加州伯克利以及波士顿大学等高校都有相似团体,并且还有大学太空竞赛之类的比拼,有些类似最早的无人驾驶汽车的比赛。

高校老师也非常鼓励这样的项目和组织,因为不仅在探索科研知识,更能够实践所学,远比单纯课堂教学要有价值得多。

One more thing:致童真

当然,对于更多参与其中的年轻人,RPL的经历也让他们在20多岁就能实现童年梦想。

小时候“造火箭”、“当宇航员”,“探索宇宙”的童真无忌,真的就在年轻敢为的时候去实现。

或许年少无知时,不知道这样的梦想不仅难,而且并非想干就干。也跟更多儿时愿望类似,我们越长大越现实,随着时间向前,失去锐气,只有看见才选择相信。

但南加大RPL的一届届年轻人,现在用纪录给出答案:坚持童真, 坚持热爱,终有所成。

难道他们没有在成长的过程中意识到“不现实”吗?

在南加大RPL主页,他们将这句肯尼迪总统的名言置于最显眼位置:

我们如此选择,不是因为容易,而是因为难。

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