第一个学生,设计火箭穿过卡门线
学生学习职业技能,因为他们拍摄的明星
在太空竞赛之初,大型政府机构在探索外太空的项目上投入巨资。最近,SpaceX、维珍银河(Virgin Galactic)和蓝色起源(Blue Origin)等商业公司也进入了太空业务。这些公司开发火箭来部署卫星,为国际空间站补给物资,并可能在不久的将来实现商业太空旅行。但是,远离政府和商业项目的巨额预算运作,第三组人已经开始向星星进发:世界各地大学的学生团队正在开发和发射火箭技术,并在此过程中吸取了一些重大教训。这些学生组织的预算很紧张,每四年团队成员毕业,他们的队伍就会轮换一次,这也增加了挑战。
南加州大学的火箭推进实验室是第一个将完全由学生设计和制造的火箭发射到外太空的本科生团队。
奋进号发射火箭的增温需要精密工程在速度,力量和准确性都必须在高风险的情况下走到了一起。虽然学生团体已经成功地构建和飞行了很长一段时间的卫星,还没有发射火箭到太空,到现在为止。
On April 21, 2019, the University of Southern California’s Rocket Propulsion Laboratory (USCRPL) became the first undergraduate group to launch a completely student-designed and student-built rocket that crossed the Kármán Line, defined by the World Air Sports Federation as 100 kilometers above Earth’s sea level. Their rocket, the Traveler IV, reached 103,632 meters, with a margin of error of +/- 5120.64 meters (340,000 feet +/- 16,800 feet), into the air, completing the organization’s 15-year mission to be the first college group to reach outer space.
USCRPL是一个团队从研究的各个领域的约80名学生。USCRPL有一个指导老师,并接收来自20多个商业公司的支持。金宝app该团队的目标是:在一个工程团队,类似于他们将在行业找到工作帮助大学生积累经验。该团队一起工作,以创建到未在教科书回答现实世界的工程问题的解决方案。金宝搏官方网站
USCRPL的主要工程团队包括航空电子、复合材料、推进、回收和仿真。他们也有团队在幕后工作,包括运营、媒体、基础设施和生产系统。
该USCRPL团队
- 超过80名学生来自六个专业,包括航天工程,机械工程和计算机科学
- 100%与一个讲师顾问本科生
- 校园专用实验室
- 资金和支持USC和23个金宝app行业领导者
旅行者4号火箭
- 长度:3.96米(13英尺)
- 直径:20.32厘米(8英寸)的
- 重量:140公斤(310磅)
- 海拔:103632米(340,000英尺)
- 固体燃料
- 最高速度:5.1马赫(5449公里每小时,3386英里每小时)
- 从新墨西哥州的美国太空港发射
- 7个月建成
USCRPL工程团队
- 航空电子设备:设计、制造和操作火箭头锥的电子设备
- 复合材料:设计和指挥火箭的主体、尾翼、喷嘴和鼻锥
- 推进:设计和制造火箭发动机
- 恢复:开发并确保降落伞的展开
- 模拟:创建一个飞行模拟器和固体发动机模拟器
动手,外的这个世界的经验
就像他们的商业伙伴一样,USCRPL团队依靠系统模拟来设计和测试他们的火箭。模拟团队解决这些和其他系统模拟问题的方式与他们的专业同行差不多,因为他们知道获得的经验将有助于他们毕业后进入航空公司或其他相关领域的职业生涯。具有实际设计和商业软件的经验是关键。
卢克瑞吉,USCRPL模拟团队的负责人,工程用另外两名学生在创建自定义飞行模拟器和一个自定义的固体发动机模拟器。一位资深谁是计算机科学和航天工程专业,他说,MATLAB®帮助团队一次查看很多不同的场景。
“我们用我们的模拟来实现两个不同的目标,”瑞吉斯说。“首先,在设计阶段,我们使用电机模拟器来提出电机设计、期望的推力和燃烧长度剖面。然后我们利用这些数据来设计火箭的实际机身,确定它的长度、形状、头锥和尾翼的形状,以及达到预期高度所需的大小。
“使用脚本我写,MATLAB会改变输入略微以便它会立刻通过三个输入参数扫。这产生数千鳍片的三个维度的组合“。
卢克·瑞吉斯,USCRPL模拟小组的负责人
散热片是在火箭的设计中的关键组成部分。火箭队需要一个巨大的推力的量,和大气可造成火箭摆动。鳍有助于改变大众的火箭中心,并保持它的稳定和指向,它应该去。以设计为旅行者IV翅片,该球队跑的推出,这是唯一的时间的火箭是在大气中的前30秒的仿真,并测试了翅片设计形状和长度的不同的参数。
“使用我写的脚本,MATLAB会稍微改变输入,这样它就能一次扫描三个输入参数,”瑞吉斯说。“这在鱼鳍上产生了数千种三维的组合。然后我们就可以提取出最低的静态边缘,把它们全部绘制成3D图,然后看看我们想要什么样的尺寸来实现良好的平面轮廓。”
设计过程中的很大一部分是模拟发射,包括机动性能和飞行轨迹。仿真利用先前发射尝试收集数据。收集数据,火箭都配备有多个传感器,其可以中继定位,速度,温度,方向,以及更多。这些变量在飞行模拟器也测试。
“通过对上市阶段继续前进,飞行模拟器实际上是我们如何瞄准火箭,”瑞吉说。“我们匹配来自真实火箭的测量值的参数。我们拉活风数据来计算所需的飞行轨迹“。
火箭很难设计和制造,因为每次测试都意味着重新开始。学生团体还必须考虑到成员资格每四年就会在学生毕业后更换一次。通过继续在MATLAB中工作,以前的团队收集和构建的数据和模拟可以无缝地传递下去。
不过摘星
旅行者IV的成功是15年工作的高潮。对于每个先前的火箭未使其空间,队员们学到了一些东西,他们就下,最终导致成功实施。许多服务为平台,以学习理论和发展制造方法以前的火箭,和旅行者系列是这方面的知识之大成。
“下一步,我们将改进我们的成功火箭的设计,使其更轻盈,更优化,”迈克尔·奥尼尔,USCRPL媒体铅说。“我们希望能为一个有用的有效载荷增加足够的能力,如立方体卫星,在次轨道太空飞行。”
单级火箭是伟大的,达到这个目标,其中USCRPL自其2005年成立了但是发动有效载荷像一颗卫星送入太空,球队需要开发一个两级火箭。
该小组正在开发的许多项目,如探索使用液体燃料。液体燃料比团队一直使用,但将允许提高控制和推力进行了大量的有效载荷,并把它送入轨道固体燃料更不稳定。这些火箭弹是更昂贵的打造比固体燃料火箭,但USCRPL想要求了历史最高的业余火箭发射,这是关于另一个15000米比旅行者IV的创纪录的高度更高的称号。
他们在USCRPL期间获得的实际经验已经成为许多过去成员在航空航天领域的职业。奥尼尔表示:“我们的许多成员会继续在美国国家航空航天局(NASA)或SpaceX和Blue Origin等公司的航天行业工作。”“有些人甚至创建了自己的公司,比如Relativity Space。”
丹尼斯·斯莫林,在他大四的USCRPL铅工程师,现在SpaceX公司推进工程师,他说,“我与USCRPL时间是我大学生活中最有价值的部分。
“USCRPL让学生运用他们在课堂上的真实世界的工程挑战,学习知识的机会。在大学解决这些实际困难,让学生培养技能组在工程职业生涯非常宝贵的机会。”