重庆晨报:高二学生做出火箭,可小范围增雨还能精准回收
[日期:2018-04-16] 来源:重庆晨报  作者:罗薛梅 [字体: ]

现在使用的增雨火箭不能回收,不仅成本较高,还因为可能会自爆解体,有安全隐患。在第33届重庆市青少年科技创新大赛上,重庆一中高二学生黄志恒设计制作的增雨火箭,不仅能够按照设计在十米误差范围内精准回收,还能在几平方公里的小范围增雨。

 

研究初衷 节约成本增强安全

17岁的黄志恒是重庆一中高二年级学生,说起为什么会选择做增雨火箭,学校本来会抛出一些选题,我就选自己感兴趣的。黄志恒说,近些年气候多变,他就想借助北斗系统做一些研究。

他在研究的过程中发现,现阶段增雨火箭回收仍采用降落伞降落,或自爆解体。但空中气流情况多变,难以预测,箭体无法实现自主可控的定点降落,可能会出现失控而撞击民宅的情况,或者箭体碎片爆炸后危害民众人生及财物安全。黄志恒告诉上游新闻·重庆晨报记者,他查阅的数据显示,20058月、20066月、20084月、20117月、20144月,共发生增雨火箭砸中民宅或其他财物的案例共计10余起,平均每年都要发生一起危险事故。

虽说只有17岁,但黄志恒对增雨火箭的发射,了解得非常透彻,现在发射只能选择在郊区等人烟稀少的地方,并且对箭体回收,仅能提供落点预报,而没有落点精度和和落点散布概率,这些都能满足对回收的预报要求。

黄志恒告诉上游新闻·重庆晨报记者,由于受大气密度误差水平风速误差、进入再入轨道的初始位置与速度误差、返回舱质量、气动系数、敏感器和执行机构误差的等影响,所以现阶段仍难以准确预判火箭降落位置,如果有一套能使火箭自动定点降落的系统,并且实现箭体的重复使用,将大大减少安全隐患和节约成本。这是黄志恒在研究时最初的想法。

 

两个方案 利用北斗模块定位

是利用北斗模块、指南针模块和单片机设计了一种火箭自动定点降落系统,同时使用3D打印机和激光切割机等现代化工具制作箭体及零部件。在实现箭体定点降落同时可重复使用,有效解决了降落过程中的安全隐患。当返回舱到达预定高度后,北斗模块检测到达预定高度,将信号传输至事先进行过编程的单片机,并控制舵机,返回舱伞舱盖打开,降落伞打开,北斗定位装置确定目标降落地点与现位置的水平距离、垂直距离,配合指南针模块,按照所编程序,自动规划降落路线,此时四个电机开始工作,用差速控制旋转,同时,返回舱保持稳定,通过控制每个螺旋桨转速对返回舱的飞行方向进行干预,使返回舱(箭体)以一个较平缓的角度沿航向降至指定地点上空,直至落地。在介绍自己制作的火箭时,黄志恒说得非常仔细。

而据指导老师李麒麟介绍,在设计过程中,黄志恒一共设计了两个方案,在反复的测试之后,他最终选择了方案二,因为较方案一而言,现在的这个方案,不仅火箭体能够重复使用,可降低总成本,螺旋桨操控加降落伞操控更安全,更精准,即使受天气影响能也能修正降落航线。

去年11月,黄志恒设计的增雨火箭在四川广汉测试,回收的精准度达到了十米内。不仅如此,还可以在小范围内实现增雨,在几个平方公里都可以实现增雨。

 

减轻重量 箭体外壳用复合材料

据黄志恒介绍,整个箭体采用三段式设计,但是发射过程中三段不分离。第一段为助推剂、AgI、催化剂放置,第二段为控制系统,第三段安装降落伞。第一段和第二段为卡扣式连接方式,这样方便拆换;而第二段和第三段则为刚性连接。为了减轻整体质量,箭体外壳采用轻木加碳纤维以及环氧树脂等复合材料制作。

可定点回收防雹增雨火箭系统的降落伞在空中指定高度打开以后,箭体在定位导航模块和指南针模块的指引下,通过单片机的处理,将指令传至电机,能有效调整箭体在空中行进轨迹,使箭体在空中保持一种与地面呈一小角度夹角的姿态降落,并最终在距发射点附近小范围着地,有效地保证了回收过程的安全可靠。同时箭体可重复使用,节约了经济成本。经验证,系统达到了预期目的。在不久的将来,随着北斗的定位精度的增高,相信该系统将会得到推广应用。黄志恒告诉上游新闻·重庆晨报记者,目前他们已经申报了专利。

 

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