这个DIY火箭项目能把宇航员送上太空吗?gydF4y2Ba

这是我见过的最美丽的景象之一:gydF4y2Ba我们自制的火箭从空中飘下来，减速的是一个白橙色相间的降落伞，这个降落伞是我在饭桌上花了很多个晚上制作的。6.7米高gydF4y2Banexo II火箭gydF4y2Ba由一个双推进剂发动机提供动力gydF4y2Ba哥本哈根次轨道组织gydF4y2Ba团队。发动机将乙醇和液氧混合在一起，产生了5千牛顿的推力，火箭飙升到6500米的高度。更重要的是，它完好无损地掉了下来。gydF4y2Ba

2018年8月的那次成功任务是我们向用自制火箭将业余宇航员送上太空边缘的目标迈出的一大步。我们现在正在建造gydF4y2Ba穗状花序火箭gydF4y2Ba为了完成这一任务，我们希望在大约10年后发射载人火箭。gydF4y2Ba

哥本哈根亚轨道计划是世界上唯一一个众包载人航天计划，由数百家公司每年资助近10万美元gydF4y2Ba慷慨的捐赠gydF4y2Ba世界各地。我们的项目由一群形形色色的志愿者组成，他们每天都有各种各样的工作。我们有很多工程师，也有像我这样爱好跳伞的定价经理。我也是宇航员职位的三个候选人之一。gydF4y2Ba

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我们正处于太空飞行的新时代:国家太空机构不再是唯一的游戏，太空变得越来越容易接近。火箭是由商业球员建造的gydF4y2Ba蓝色的起源gydF4y2Ba现在带来了gydF4y2Ba普通公民进入轨道gydF4y2Ba．也就是说，蓝色起源，gydF4y2BaSpaceX公司gydF4y2Ba,gydF4y2Ba维珍银河gydF4y2Ba都是由拥有巨大资源的亿万富翁支持的，他们都表示打算以数十万到数百万美元的价格出售航班。哥本哈根亚轨道有一个非常不同的愿景。我们认为，任何愿意投入时间和精力的人都应该能够获得太空飞行。gydF4y2Ba

哥本哈根gydF4y2Ba亚轨道的gydF4y2Ba成立gydF4y2Ba在2008年由一个自学成才的工程师和一个空间建筑师，他之前gydF4y2Ba工作gydF4y2Ba美国国家航空航天局gydF4y2Ba．gydF4y2Ba从一开始，任务就很明确:载人航天。gydF4y2BaBgydF4y2Ba两位创始人在2014年离开了该组织，但当时该项目已经有大约50名志愿者，势头强劲。gydF4y2Ba

该组织的成立原则是，以低廉的成本建造载人飞船所面临的挑战都是工程问题，由聪明而敬业的人组成的勤奋团队可以逐个解决。当人们问我为什么要这样做时，我有时会回答:“因为我们可以。”gydF4y2Ba

这次发射使我们更接近掌握海上发射和降落的后勤保障。对于这次发射，我们也测试了我们预测火箭路径的能力。我创建了一个模型，估计在发射平台以东4.2公里处溅落;它实际上降落在东方4.0公里处。这是我们第一次在完全充气的降落伞下进行的可控水上着陆，这对我们来说是一个重要的概念证明，因为软着陆对于任何载人任务来说都是绝对必要的。gydF4y2Ba

今年4月，该团队在静态发动机测试中测试了新型燃油喷射器。gydF4y2Ba卡斯滕•奥尔森gydF4y2Ba

Nexø II的发动机，我们称之为BPM5，是我们没有完全在车间加工的少数部件之一;一家丹麦公司制造了最复杂的发动机部件。但是，当这些零件在发布日期前不久到达我们的车间时，我们意识到排气喷嘴有点畸形。我们没有时间订购新的零件，所以我们的一名志愿者雅各布·拉森(Jacob Larsen)用大锤把它敲成形状。这台发动机看起来并不漂亮——我们给它起了个绰号叫“弗兰肯发动机”——但它确实能用。自从Nexø II的飞行以来，我们已经对该发动机进行了30多次测试，有时会超出其设计极限，但我们还没有杀死它。gydF4y2Ba

这位斯皮卡宇航员的15分钟太空之旅将是他20多年工作的成果。gydF4y2Ba

这次任务还展示了我们新的动态压力调节(DPR)系统，该系统帮助我们控制进入燃烧室的燃料流量。Nexø I使用了一种更简单的系统，称为压力排放，其中燃料箱的三分之一充满了加压气体，将液体燃料送入燃烧室。通过DPR，燃料箱装满燃料，并通过一组控制阀与一个单独的高压氦气罐连接。这种装置可以让我们调节进入燃料箱的氦气量，将燃料推入燃烧室，使我们能够在火箭飞行的不同时间点设置不同的推力。gydF4y2Ba

2018年的Nexø II任务证明了我们的设计和技术从根本上是合理的。是时候开始研究人类评分了gydF4y2Ba穗状花序gydF4y2Ba火箭发射的。gydF4y2Ba

哥本哈根亚轨道公司希望在大约十年内用Spica火箭将一名宇航员送上太空。gydF4y2Ba卡斯帕斯坦利gydF4y2Ba

带着它的太空舱gydF4y2Ba,gydF4y2Ba穗状花序火箭gydF4y2Ba将测量gydF4y2Ba13米gydF4y2Ba高gydF4y2Ba并将有一个grossgydF4y2Ba升空gydF4y2Ba重量为4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba000公斤，其中2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba600gydF4y2BakgydF4y2BaggydF4y2Ba将gydF4y2Ba燃料gydF4y2Ba．gydF4y2Ba这将是迄今为止由业余爱好者制造的最大的火箭。gydF4y2Ba

Spica火箭将使用该团队目前正在制造的BPM100发动机。gydF4y2Ba托马斯·皮德森gydF4y2Ba

它的发动机，100千牛gydF4y2BaBPM100gydF4y2Ba它使用了我们为BPM5所掌握的技术，并进行了一些改进。像之前的设计一样，它使用gydF4y2Ba再生冷却gydF4y2Ba其中一些推进剂通过燃烧室周围的通道来限制发动机的温度。为了将燃料推入舱内，它结合了飞行第一阶段的简单压力排放方法和DPR系统，这使我们能够更好地控制火箭的推力。发动机部件将是不锈钢的，我们希望大部分部件都是用轧制的金属薄板自己制造的。最棘手的部分是连接燃烧室和排气喷嘴的双曲线“喉部”部分，需要计算机控制的加工设备，而我们没有。幸运的是，我们有很好的行业人脉，可以帮上忙。gydF4y2Ba

一个主要的变化是从Nexø II的淋浴式喷油器切换到同轴旋流式喷油器。喷头喷射器有大约200个非常小的燃料通道。制造起来很困难，因为如果我们在制造这些通道时出了问题——比如钻头卡住了——我们就不得不把整个东西都扔掉。在同轴旋流喷射器中，液体燃料作为两个旋转的液体片进入燃烧室，当液体片碰撞时，它们被雾化以产生可燃烧的推进剂。我们的旋流注入器使用了大约150个旋流元件，这些元件被组装成一个结构。这种模块化设计应该更容易制造和测试，以保证质量。gydF4y2Ba

BPM100发动机将用同轴旋流喷油器(左)取代旧的喷头式喷油器(右)，这将更容易制造。gydF4y2Ba托马斯·皮德森gydF4y2Ba

今年4月，我们对几种类型的喷油器进行了静态测试。我们首先用一个众所周知的喷头喷射器进行了试验，以确定基准，然后测试了通过传统机器铣削制造的黄铜旋流喷射器以及通过3D打印制造的钢旋流喷射器。我们对这两种旋流喷射器的总体性能感到满意，我们仍在分析数据，以确定哪一种性能更好。然而，我们确实看到了一些gydF4y2Ba燃烧不稳定gydF4y2Ba-即喷油器和发动机喉部之间的火焰有一些振荡，这是一种潜在的危险现象。我们对这些振荡的原因有很好的了解，我们相信一些设计上的调整可以解决这个问题。gydF4y2Ba

志愿者雅各布·拉森(Jacob Larsen)手持一个在2021年发动机测试中表现良好的黄铜喷油器。gydF4y2Ba卡斯滕•奥尔森gydF4y2Ba

我们将很快开始建造一个全尺寸的BPM100发动机，最终将为火箭安装一个新的制导系统。我们之前的火箭，在发动机的排气喷嘴内，有金属叶片，我们可以移动它来改变推力的角度。但这些叶片在排气流中产生了阻力，使有效推力降低了约10%。新设计有gydF4y2Ba平衡环gydF4y2Ba前后旋转整个引擎来控制推力矢量。为了进一步支持我们的信念，即棘手的工程问题可以由聪明而专注的人解决，我们的万向节系统由一名来自荷兰的21岁本科生设计和测试gydF4y2BaJop NijenhuisgydF4y2Ba他把万向节的设计作为他的毕业论文项目(他在该项目中获得了最高的分数)。gydF4y2Ba

我们使用的是与Nexø火箭相同的制导、导航和控制(GNC)计算机。一个新的挑战是乘员舱;一旦太空舱与火箭分离，我们就必须单独控制每个部分，以使它们都以预期的方向返回地球。当分离发生时，两个组件的GNC计算机将需要了解最佳飞行的参数已经改变。但从软件的角度来看，与我们已经解决的问题相比，这只是一个小问题。gydF4y2Ba

比安卡·戴安娜在一架无人机上工作，她用来测试斯皮卡火箭的新制导系统。gydF4y2Ba卡斯滕•奥尔森gydF4y2Ba

我的专长是降落伞设计。我研究过降落伞，它会在70千米的高度充气，以减缓太空舱在高速初始下降过程中的速度，还有主降落伞，它会在太空舱距离海洋4千米时充气。我们测试了这两种类型，让跳伞运动员带着降落伞跳出飞机，最近的一次是在一个gydF4y2Ba2019个测试gydF4y2Ba跳芭蕾的。大流行迫使我们暂停了降落伞测试，但我们很快就会恢复。gydF4y2Ba

对于将从Spica的助推火箭上展开的降落伞，该团队测试了一个带状降落伞的小型原型。gydF4y2Ba马德斯StenfattgydF4y2Ba

为gydF4y2Ba浮标gydF4y2Ba可以从助推火箭上展开的降落伞，我的第一个原型是基于一个叫做超音速X的设计，这个降落伞看起来有点像一个会飞的洋葱，很容易做。然而，我不情愿地改用了带状降落伞，这种降落伞在高压情况下经过了更彻底的测试，发现它更稳定、更坚固。我之所以说“勉强”，是因为我知道组装这样一个设备需要做多少工作。我首先做了一个直径1.24米的降落伞，它有27条丝带，穿过12块面板，每一块都连着3个地方。所以在那个小原型上，我要缝972个连接。全尺寸版本将有7920个连接点。我试着对这个挑战保持开放的心态，但我也不会反对，如果进一步的测试显示超音速X设计足以满足我们的目的。gydF4y2Ba

我们测试了两个gydF4y2Ba船员胶囊gydF4y2Ba在过去的任务中:gydF4y2Ba的gydF4y2Ba第谷·布拉赫gydF4y2Ba在gydF4y2Ba2011gydF4y2Ba和gydF4y2Ba第谷深空gydF4y2Ba在2012年。gydF4y2Ba的gydF4y2Ba下一代穗状花序gydF4y2Ba乘员舱gydF4y2Ba不会gydF4y2Ba要宽敞，但是gydF4y2Ba会的gydF4y2Ba足够大的gydF4y2Ba容纳一名宇航员gydF4y2Ba,他gydF4y2Ba会一直坐着吗gydF4y2Ba15gydF4y2Ba一分钟gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba飞行(以及飞行前两个小时的检查)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba第一个gydF4y2Ba宇宙飞船gydF4y2Ba我们正在建造的是一种重钢gydF4y2Ba＂gydF4y2Ba样板gydF4y2Ba“胶囊，一个基本的原型，我们用它来达到一个实际的布局和设计。我们还将用这个模型来测试舱口设计，整体抗压和真空能力，以及形状的空气动力学和流体动力学，因为我们希望太空舱在溅落到海里时对里面的宇航员的冲击最小。一旦我们对样板设计感到满意，我们将制作轻量级飞行版本。gydF4y2Ba

哥本哈根亚轨道目前有三名宇航员候选人进行首次飞行:从左起分别是麦德斯·斯坦法特、安娜·奥尔森和卡斯滕·奥尔森。gydF4y2Ba马德斯StenfattgydF4y2Ba

哥本哈根亚轨道小组的三名成员目前是我们第一次载人任务的宇航员候选人——我、卡斯滕·奥尔森和他的女儿安娜·奥尔森。我们都理解并接受乘坐自制火箭进入太空所涉及的风险。在我们的日常运作中，我们宇航员候选人不会接受任何特殊待遇或训练。到目前为止，我们的一个额外任务是坐在宇航员舱的座位上检查它的尺寸。由于距离我们的首次载人飞行还有十年的时间，候选名单很可能会发生变化。对我来说，我认为参与这项任务并帮助建造将第一个业余宇航员送入太空的火箭是相当荣耀的。无论我最终是否成为宇航员，我都会永远为我们的成就感到骄傲。gydF4y2Ba

宇航员将乘坐Spica火箭上的一个小型乘员舱前往太空。宇航员将在15分钟的飞行中保持坐姿(以及之前的2小时飞行检查)。gydF4y2Ba卡斯滕•布兰德gydF4y2Ba

人们可能会好奇我们是如何靠每年10万美元的微薄预算过活的——尤其是当他们知道我们收入的一半都用来支付工作室的租金时。我们通过尽可能多地购买标准的现货零件来降低成本，当我们需要定制设计时，我们很幸运地与那些给我们大量折扣的公司合作来支持我们的项目。我们从国际水域发射，所以我们不需要支付发射设施。当我们前往博恩霍尔姆进行发射时，每个志愿者都自费，我们住在港口附近的一家体育俱乐部，睡在地板上的垫子上，在更衣室里洗澡。我有时开玩笑说，我们的预算大约是NASA花在咖啡上的十分之一。然而，这很可能足以完成这项工作。gydF4y2Ba

我们原本打算在2021年夏天首次推出Spica，但由于COVID-19大流行，我们的计划被推迟了，我们的研讨会关闭了好几个月。现在我们希望在2022年夏天进行测试发射，那时波罗的海的条件将相对温和。在Spica的这次初步测试中，我们只会将燃料箱填满一半，目标是将火箭发射到大约30至50公里的高度。gydF4y2Ba

如果这次飞行成功，在下一次测试中，斯皮卡将携带更多燃料，飞得更高。如果2022年的飞行失败了，我们会找出哪里出了问题，解决问题，然后再试一次。想到Spica宇航员最终在15分钟内到达恒星，将是他20多年工作的成果，这是非常了不起的。但是我们知道gydF4y2Ba支持者gydF4y2Ba在这历史性的一天到来之前，一名业余宇航员将登上自制火箭，向地球挥手告别，准备为diy式的巨大飞跃做准备。gydF4y2Ba

本文发表在2021年12月的印刷版上，题为“第一位众筹宇航员”。gydF4y2Ba

缝纫的高空跳伞者gydF4y2Ba

HENRIK JORDAHNgydF4y2Ba

马德斯StenfattgydF4y2Ba第一次联系gydF4y2Ba哥本哈根次轨道组织gydF4y2Ba提出一些建设性的批评。2011年，当他在看DIY火箭专家最新的火箭发射照片时，他注意到降落伞装置附近安装了一个摄像头。斯坦法特发了一封电子邮件详细说明了他的担忧——降落伞的绳索很容易缠在相机上。“我得到的答案基本上是，‘如果你能做得更好，就加入我们，自己来做，’”他回忆道。这就是他如何成为世界上唯一一个众筹载人航天计划的志愿者。gydF4y2Ba

作为一名业余跳伞爱好者，斯坦法特知道降落伞打包和展开的基本原理。他开始帮助哥本哈根亚轨道公司设计和包装降落伞，几年后他又接手了缝制降落伞的工作。他以前从未使用过缝纫机，但他通过晚上和周末在餐厅的桌子上很快学会了。gydF4y2Ba

他最喜欢的项目之一是为太空飞船设计高空降落伞gydF4y2BaNexø二世gydF4y2Ba火箭，2018年发射。当他在制作内衣的原型并为进气口的设计感到困惑时，他发现自己在丹麦的一个缝纫网站上寻找胸罩的组件。他决定用胸罩的钢圈来加固进气口，让进气口保持打开状态，效果很好。虽然他最终选择了不同的设计方向，但这一插曲是哥本哈根亚轨道精神的经典例子:从任何地方收集灵感和资源，以完成工作。gydF4y2Ba

如今，斯坦法特是降落伞的首席设计师、代言人和宇航员候选人。他还在业余时间继续跳伞，以他的名字跳了数百次。他有着丰富的高空飞行经验，他非常好奇从另一个方向飞行会是什么感觉。gydF4y2Ba