南加州大學(USC)的大學生們成功發射了一枚業餘火箭,創造了國際高度記錄,達到了470,000英尺的太空高度。
這艘名為“Aftershock II”的航天器打破了由民間太空探索團隊(CSXT)保持的20年記錄,後者在2004年成功將火箭發射到380,000英尺的高度。
然而,USC的“Aftershock II”還達到了超音速速度,最高時速為每秒5,283英尺,接近馬赫5.5,超過音速五倍。
這枚故意設計為輕量級的火箭重約330磅,成為第一枚由非政府或私人企業的個人發射的超過地球大氣層的火箭,創造了歷史。
本科生瑞安·克雷默(Ryan Kraemer)作為專案的首席工程師表示,“Aftershock II”使用了“學生髮射的最強大固體推進劑發動機和業餘製作的最強大複合材料外殼發動機”。
這艘高13英尺、直徑8英寸的航天器由一種定製的“高氯酸銨複合”固體化學推進劑提供動力,該推進劑由學生自行發明。
根據USC火箭推進實驗室(USCRPL)的說法,“使用由俱樂部成員開發的配方,每個推進劑顆粒都是由USCRPL從原材料開始製作,這使得該俱樂部與許多其他大學火箭隊區別開來。”
值得一提的是,USC的“Aftershock II”和CSXT之前的記錄保持者都在同一個地方發射:位於內華達州雷諾以北100英里的偏僻黑巖沙漠。
USCRPL的學生們在2019年再次創造了歷史,當時該俱樂部成為首個將火箭發射至卡門線以上的學生團隊。卡門線是國際公認的法律邊界,劃分了地球的大氣層和外層空間,位於海平面以上62英里。
“Aftershock II”進一步攀升了27英里,總高度達到了89英里。
USC洛杉磯維特比工程學院院長雅尼斯·約爾索斯(Yannis Yortsos)在大學宣告中表示:“這一非凡的學生團隊展示瞭如何想象實驗室中可以完成的事情,並將其變為現實。”
約爾索斯補充道:“看到他們不僅打破了之前的全球學生記錄,即達到卡門線的高度,更打破了歷史上任何業餘團隊的記錄,令人興奮。”
火箭能夠承受馬赫5.5超音速上升過程中的熱量和摩擦,這得益於俱樂部的新型熱保護設計,包括火箭鰭片的新塗層和鈦合金塗層。
克雷默表示:“鈦不僅防止了磨損,還因在飛行過程中受到的高溫而變藍,發生了陽極氧化反應。”
他說,火箭鰭片與氧氣氣體的熱陽極氧化反應“真正展示了我們的火箭成功承受的極端條件”。
“在超音速條件下的熱保護是行業水平的主要挑戰,”這位學生補充道,“我們開發的保護塗料系統表現完美,使火箭基本完好地返回。”
USCRPL之前版本的火箭鰭片邊緣由裸碳構成。
俱樂部在2019年發射的歷史性火箭“Traveler IV”在超越卡門線後返回時,火箭的塗料“完全燒掉”,而且“前緣有過度的”熱損傷。
克雷默指出:“為了超越我們在‘Traveler IV’上設定的標準,我們必須解決許多技術和操作上的挑戰。”
例如,為了使“Aftershock II”突破地球大氣層,其固體燃料發動機最終需要近200磅的推進劑,主要由行業內稱為BATES型的控釋推進劑顆粒組成。
團隊還必須設計和程式設計一個獨特的航空電子系統,以引導航天器並記錄飛行資料,這些資料將用於他們關於歷史性“Aftershock II”發射的正式論文,論文於11月14日釋出。
被稱為“高空感測、遙測與電子回收模組”(HAMSTER)系統,USCRPL的定製航空電子裝置包括一個基於無線電的應答器,用於測量高度,以及五塊印刷電路板的計算能力。
HAMSTER的整合板將來自火箭磁力計、陀螺儀和加速度計的實時感測器資料整合在一起,以精確定位火箭的最高點,即 apogee。
其“光速測距儀應答器”則透過測量與地面多個點的距離,計算出一種基於無線電的類似雷達的方法,稱為三邊測量法。