北航一号的一些心得

发射完之后写的个人总结，《太空探索》选了一部分登在2007年第9期。

 

“北航一号”的成功引起了社会各界的广泛关注。然而，正如戚院长告诫我们的，人家关注这件事，因为这是教育方式的一种尝试，并不是因为我们的火箭有多好。对于我们来说，能够从“北航一号”的研制经验中获得锻炼，取得提高，才是最重要的。回首一年的研制历程，历尽了坎坷与磨练，洒满了辛劳与智慧，让我们收获了很多。

接手项目的时候，一切都是空白，根本不知道我们究竟要做成一个怎样的东西，做成这东西需要多大的投入。老师们并没有给我们划定框框，所有方案都由我们自己提出，可以发挥的空间很大。大家的思维也很活跃，提出了很多想法，我们也无法判断怎样的想法才是切实可行的。在这个阶段，就像盲人探路一样，在老师们的引导下，一边做才一边清晰起来。
我们的设计要求只有一个，就是要达到1万米的高空。其余的任何内容，都可以自由发挥。于是大家开始了头脑风暴式的集思广益。对于无控火箭，最为关键的就是动力和气动。对于气动，出于简单易行的考虑，我们开始就选定了常规的尾翼稳定形式。而对于动力，我们却提出了多种不同的方案。
到底我们的方案行不行，蔡老师帮我们联系了航天六院的专家来把关。于是，带着精心的筹划，我们踏上了开往草原的列车，到地处呼和浩特的六院投石问路。初冬的草原，草木凋敝，寒风凛凛，我们心中却充溢着如火的热情，迫不及待地要把设想的方案讲给六院的专家。孙所长、程老师听取了我们的报告后，并没有急于发表自己的意见，而是开始介绍现有的发动机做到了怎样的水平，怎样的发动机才是安全可靠的。这让我们意识到理论与现实的差距，我们的方案中存在太多理想化的成分。经过与专家细致地讨论，我们最终得到了以下结论：
1. 针对探空任务，只要发动机有足够的总冲，就能够达到射高要求；
2. 由于火箭无控，因此就需要较强的抗风能力，大推力的动力系统较为有利；
3. 内孔燃烧的发动机在热防护方面最为安全，技术也最成熟，最可靠。
有了这些结论，我们的设计就有了依据。在呼市的收获让我们的热情转化为理性，开始更加实际的考虑自己的设计，一个探空火箭的蓝图逐渐明朗。
方案阶段的各种调研、各种想法让我们认识到理论与实践的差距。尽管我们在课堂上学到了很完善的理论体系，熟悉各种各样漂亮的方程式，但是，单靠这些东西是上不了天的。我们要做的是实实在在的会飞到一万米的真东西，不是解方程算出来的一万米。任何想法都需要有实实在在的东西去有效、可靠的来实现。

完成了从无到有的跨越，就开始了从粗糙到细致的一步步蜕变。十几个还在书本里打转的学生，要做出一个航天产品来，要充当总师、总指挥的角色，这样的跨越并非易事。在这个过程中，经历了很多曲折。
项目启动初期，我们并不知道怎样组织才更有效率，甚至不知道该如何分工。只能按照我们自己的想法，走一步看一步。当时我负责总体组，分配了一个人负责结构，一个人负责气动，一个人负责弹道，两个人负责分离回收。结果这样的分配却导致了一些问题。往往是一项工作做到一半才发现有很多条件需要另外的工作来提供，只能调整思路，返回头来重新再做。甚至有时一个问题解决不了，所有的工作都无法进行。这说明，在方案设计时间，各系统的相互制约关系很强，分工过于明确反而会有局限性。在这个阶段，最需要大家的沟通协调。团队协作的精神就显得尤为重要，有了问题，首先想到的应该是如何去解决，而不是互相扯皮，推卸责任。
气动特性的计算方面，我们遇到了不小的困难。课堂上我们讲到了很多种方法，但是我们从来没有过实际计算一个飞行器的经验，因此也不知道算出来的数据到底有多大的误差。唐万元用了工程估算、数值计算等方法进行计算。尽管老师告诉我们，某种方法的误差是多少多少，但是没有经过实验，我们心里总是没谱。为了得到较为准确的数据，我们开始大量参考前人的实验数据。不断地修正调整，直到发射前一天，又对数据进行了一次更新。实际上，直到火箭落地，报回落点坐标时，我们才松了一口气：我们的气动系数误差很小，否则不会落得那么准。
分离回收机构的设计也走了一些弯路。我们课堂上学到的分离方式有很多，最为直接的就是用爆炸螺栓进行分离。看上去很简单，原理上并没有什么复杂的东西。我们最开始就选择了这种分离方式。但是，在设计过程中，却发现这并不是一个可行的方案。因为根本无法找到合适的爆炸螺栓。太大了会对箭体造成损害，太小了又没有足够的强度。一个看似很完美的方法在实践中变得一文不值。最终不得不由张晓天设计了新的分离机构才把问题解决。
伞降回收似乎并不是一个很复杂的数学问题，然而就是这样一个问题险些让我们推迟发射。到了发射场，场区对落点提出了十分严格的要求，设计弹道所有的坠落物必须位于发射点以西三公里以外的安全区域，否则不允许发射。这与我们初始设计的弹道差别很大。我们开始并没有考虑回收物的坠落位置，认为回收物坠落很慢，不会对地面设施造成破坏。但发射中心对这一点，却丝毫不肯放松要求。发射过程中，有很多不确定因素，只有留出足够的余量，才能保证大家的安全。回收物落点必须也要位于安全区域内。我们必须重新拟定弹道方案，而这时，距离预定发射时间只有15个小时。修正了先前过于保守的算法后，仍然难以在保证射高与保证安全之间找到平衡点。如果不能设计出合理的弹道，发射将无法进行，多日来的艰辛将付之东流。正在一筹莫展之际，蔡老师提出了利用高空风向的变化来修正落点方位的方案，这让我们眼前一亮，又看到了希望。经过一夜的紧张计算，我们最终发展了一种利用计算数据与几何绘图相结合的设计方法，终于找到了可行的发射方案。这时，发射的队伍已经整装待发了。
在分离电路的设计过程中，我们发现，无法找到合适的点火电源。要在高空、低温以及恶劣的动力学环境下能够可靠的放出足够大的电流，普通的电池是无法做到的。关键是对大电流的要求，市场上的电池很难找到合适的型号。我想起了以前做航模的一次经历，我把一块电池放在口袋里，一不小心被我的钥匙短路了，这块电池瞬间变得奇烫无比，我险些被它烫伤。可见这种电池瞬时放电的威力很大。我查阅了相关的资料，发现这就是一种市场常见的锂聚物电池，只不过是把电池的限流电路板拆掉之后就有这样的效果，但是所有的产品资料上都不会介绍这种用法。以前的积累在火箭的研制过程中发挥了作用，这让我感到实践经验对于一个工程人员的重要。

火箭的研制过程，也是我们整个团队相互学习的过程。通过探空火箭的研制，使我向其他同学学到了很多东西。
发动机组的同学让我了解到很多固体火箭发动机设计的相关知识。与他们的讨论使我对固体发动机的设计流程有了初步的了解。饶大林编写的药柱计算程序我研究了好久，学到了很多编程的技巧。尤其是第一次去六院取经的经历，通过向发动机专业的同学请教，向一线的设计人员请教，使我对发动机有了更加深入的了解。水压试验、热试车，以及装药的工艺等等，都让我大开眼界。通过的发动机的了解，对于我本专业的学习大有裨益。
周军华在设计信号采集系统时，刚好我也在学习设计类似功能的电路。我和周军华用的是同一系列的DSP，通过与周军华的讨论，大大加快了我学习的进度。开始的时候，我们连最基本的烧写都有问题。主楼503那个闷热的小屋里，两个人满头大汗的一起研究程序，查找电路的问题。经过不懈的努力，我们碰到的问题最终逐个被攻克。
张晓天对于伞降回收做了很多工作。他的思路非常清晰，把一个很复杂的问题剖析的明明白白。通过他的讲解，我从零开始，了解了设计生产一套回收装置的完整过程，各个参数的来源，各个方程的含义都清清楚楚。在爆炸螺栓方案遇到障碍时，我们还共同讨论得到了一个通过电机作动的分离机构。虽然最后这个方案并没有被采用，但在方案诞生的过程中，我们的思路都因为对方而大大拓展，为我们今后设计此类机构积累了宝贵的经验。
在最初的方案设计阶段，张凌燕用simulink搭建的弹道估算程序给了我很大的启发，正是在这个基础上，我才完成了后来的六自由度弹道计算程序以及风补偿程序。张凌燕在结构设计方面有很多独到的想法，在方案阶段我与他进行过多次讨论，每次都会有很多不一致的观点，正是这些观点促使我查阅各种资料，反复求证,这个过程让我收获很大。
何兆伟所做的视景仿真部分一直是我感觉很神奇的东西，通过他的讲解，我才知道那是用几个闻所未闻的软件制作出来的。Creator建模，vega驱动，甚至更复杂的还有HLA，这些很深奥的东西经过他的介绍变得浅显易懂。对这些知识的了解使我在后来的研究生实验课中倍感轻松。
朱浩、张莘艾超强的组织协调能力也让我非常佩服。他们对整个团队的组织，与各个协作单位的沟通，都非常出色。
这样一个优秀的团队，带给我的影响是无法估量的。他们带给我的不仅仅有知识的拓展，更重要的是他们每个人鲜明的个性给我带来了一些变化。张晓天清晰的条理，张凌燕的豁达，王文龙的乐观开朗，薛松柏的多才多艺，周军华的认真负责……所有这些人都多多少少地感染了我。

往来奔波于各个协作单位之间，通过与一线设计人员的接触让我们开始渐渐找到了一个航天人的感觉。
六院在发动机和总装方面给了我们很大的帮助，程老师给了我们最直接的指导。程老师沉着冷静，不苟言笑，对所有的问题都总是胸有成竹。不管我们有什么疑问，程老师总是能以最简洁的话语给我们讲明白，向程老师请教，有一种如坐春风的感觉。从我们第一次到六院提出自己的想法，到最终三枚火箭完成总装，我们是在六院见到了发动机加工、生产、测试、试验的全过程，对整个发动机生产的流程有了最切实的认识。六院的领导、老师和师傅给我们留下了深刻的印象。最后陪同我们去酒泉发射的还有两位专门处理火工品的老师，他们工作时一丝不苟，非常认真。航天人尤其需要这种工作态度，只有这样才能确保安全，万无一失。
五院508所的禄老师已经七十多岁高龄，还是不辞辛苦地陪我们远赴酒泉，指导我们的发射工作。禄老师一直从事分离回收机构的研究，是一位经验非常丰富的航天前辈。在酒泉短短的几天里，禄老师给我们讲了很多东西。针对我们工作中的不足，他给我们讲起了真正的航天型号中火工品的操作规程。根据禄老师以往的经验，他见到了太多因为不按规程办事而出现的事故。他对我们的火箭非常关切，一些我们自己从来没想过的细节都被禄老师提了出来。正是禄老师的关切，才让我们心里更有底。发射之后，预期的红色降落伞并没有出现在视野中，这让我们非常紧张。后来找回残骸后，发现落点预测误差较小，但分离没有成功。这让我们整个项目组的心里蒙上了一层阴影。这时，禄老师非常冷静地给我们分析原因。尽管残骸显示分离火药已经引爆，但很可能是箭体撞地之后才爆炸，而分离的控制电路可能因为发射时的高过载失效。正是禄老师的分析让我们确定了分离失败的原因。禄老师丰富的经验，在关键时刻临危不乱的风度，让我们深深折服。
酒泉卫星发射中心的工作人员对我们的热情协助也让我们铭记在心。酒泉承载了太多的光荣与责任，是中华民族放飞梦想的地方。我们因为能在这里进行试飞，感到异常兴奋。这里的工作团队，也有着异常的严谨。在发射场，我们刚想把设备拿进控制室就被拒之门外，原因是一切进入控制室的设备都要首先经过测试，这是非常严格的制度，无论什么人都不能违反的。在发射之前，我们要准备大量的文档资料，尽管有一些显得非常繁琐，但这里的规章需要我们这样做。而这些规章，是多年总结出来的经验，只有这样做了，才能尽量减少出现事故的几率。物品的清单、操作的步骤、产品的状态、发射时的口令、异常情况的处理等等都要有专门的文档进行严格细致的描述。在茫茫的大戈壁中，这样一群无私的航天人保持了昂扬的斗志和一丝不苟的精神，正是他们托起了中华民族的梦想。在酒泉，我始终带着一种朝圣的心情。

现在，“北航一号”已经成为了过去时，我们又重新投入到紧张的学习中来。所不同的是，经过这样一次锻炼，我们更加了解我们距离一个真正的航天人还有多远，更加珍惜当前继续深造的机会，更加坚定了投身航天事业的决心。

已经又有一批新人投入到了“北航二号”、“北航三号”的研制工作中，衷心祝愿他们能做得更好，取得更大的进步。

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