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【图】欧洲:星际征程从校园出发

更新时间:2012/12/30 12:42:00 来源:物通网 浏览:1233 次

  2012年11月16日欧洲学生探空火箭rexus11成功发射。

  

  组装好有效载荷的探空火箭rexus11准备进行自旋平衡测试。

  近期,欧洲成功发射学生探空火箭rexus11。这枚探空火箭完成了地球重力梯度传感器和用龙格图像研究微重力下的毛细作用等多项实验。引人注目的是,这些全部是欧洲的大学生团队设计和建造的。

  大学生的探空实验项目

  rexus是大学生火箭发射试验的英文缩写。最早的rexus探空火箭项目是在瑞典国家航天局(snsb)支持下于1995年12月4日成功发射的rexus1。其后,德国航空航天中心(dlr)和瑞典国家航天局签订了双边协议,于2007年正式推出学生探空火箭和气球项目rexus/bexus。按计划每年发射两枚火箭和两个气球,携带约20项由学生团队设计和建造的实验。由于瑞典把属于它的有效载荷份额通过与欧洲航天局(esa)合作向欧洲其他国家的学生开放,该项目现在已成为欧洲大学生都可申请参加的探空实验。

  学生探空火箭和气球项目rexus/bexus包括亚轨道探测火箭发射和同温层气球飞行试验,其目的是提供真正的空间项目的经验。其中rexus项目利用改进型猎户座火箭可达约90公里的最大飞行高度。而探空气球项目bexus则利用1.2万立方米的氦气气球可将100公斤以内的载荷带到20至35千米的高空。2012年该项目顺利完成了rexus11/12和bexus14/15的试验。

  以11月16日成功发射的rexus11为例,其所用的改进型猎户座火箭直径356毫米,总重量541.4公斤,第1阶段燃烧时间26秒,最大加速度21米每平方秒,远地点达81.5公里,到达远地点的飞行时间为152秒。虽然只是大学生完成的试验项目,但经过多年的发展和积累,rexus项目选用了技术成熟的运载火箭,已逐渐将重点放在了火箭发射的有效载荷上。rexus11飞行试验分别搭载了瑞士、瑞典、爱尔兰和德国的大学生研发的五个实验装置。

  航天部门支持学生创新研发

  在rexus11所进行的实验中,德国亚琛工业大学的学生在他们的探空火箭的先进隔离实验(adios)中致力于改进高空火箭的微重力研究。飞行中的火箭会发生振动。这些振动传通过火箭系统传递给实验设备,进而影响到所有的实验,运动脉冲会影响最优化的失重效果。为了减少这种振动的转移,年轻的科学家开发出了一种低成本的平台,在火箭飞行的微重力阶段,试验仓自由悬浮。因此,平均要抑制90%的阻尼振动。实际上,adios并不是无源之水,它是2007年3月在rexus-7火箭飞行中进行的vibradamp实验的进一步发展。

  用龙格图像研究微重力下的毛细作用实验(caru)则是德累斯顿工业大学的学生团队带来的。实验内容是在飞行的微重力阶段,在一个压力箱中将液体置于吸水性强的纸上,测试液体如何扩散,观察其与在重力作用下的行为有什么区别,以及反应是否会以更快的速度进行。caru实验通过高清晰度摄像机记录并回答这些问题。

  此外,无论是爱尔兰都柏林理工学院(dit)的新型伸缩臂式示范(telescobe)实验,还是瑞士联邦理工学院的地球重力梯度传感器(gges)都展示了新技术。洛桑联邦理工学院的学生还通过传感器的实验来确定火箭在太空中的方向。这些传感器将来可以用在卫星上。

  斯德哥尔摩瑞典皇家理工学院的实验在瑞典北部用火箭进行独立的大气探测(rain)则更进了一步,可以在火箭之外收集数据。两个配备了独立降落伞的测量仪器在飞行过程中被释放,以收集空气中的细颗粒物。

  从这些实验的技术水平和科学内涵来看,rexus项目已经超出了一般意义上的学生实验范畴,而更多的具有了科研的属性。而且,有效载荷的实验仅仅是rexus项目的一部分。虽然选用了成熟的探空火箭,整个飞行项目仍细分成多个部分,如项目管理、有效载荷、机械设计、电气设计、遥测(tm)和遥控系统(tc)、电气接地支持设备(egse)等。每个项目除了发射和特定的测试,基本的工作全由学生团队完成。

  系统支持和滚动式发展

  欧洲的学生探空火箭和气球项目rexus/bexus获得了丰硕的成果。第20届欧洲火箭与气球项目及相关研究研讨会上,约五分之一的报告都来自于这个在校大学生完成的项目。纵观该项目的实施,有不少亮点值得关注。首先是德国航空航天中心、瑞典国家航天局,以及欧空局等专业部门强有力的支持和协调。瑞典国家航天局和德国航空航天中心不仅提供rexus/bexus项目的经费,还和欧空局、瑞典太空公司(ssc)等一起为学生团队在整个项目上提供技术支持,尤其在实验项目评选、零部件检测、地面试验和发射等关键步骤中。

  从科学研究看,探空实验内容广泛,涉及大气、磁场、流体物理、辐射物理和天体物理等多个研究领域;从高科技应用的角度看,项目也需要统筹空气动力学、通信、控制系统、实验系统、导航、推进系统、再入系统、微重力技术等多个方面;加之火箭发射试验本身还需要考虑安全性,发射场地和时间等等诸多因素。没有专业的机构专门进行组织和协调,仅靠学生课余时间来进行探空试验几乎是不可能完成的任务,而且也没有可持续的发展能力。因此,瑞典太空公司和德国航空航天中心共同组建了名为eurolaunch的组织,用有经验的工作人员全职负责统筹和协调rexus/bexus项目。

  其次是学生的广泛参与。rexus/bexus项目在每年的9月、10月份接受申请,符合条件的在校大学生均可参与申请。这个过程中学生们可在试验总体框架内自由发挥,以尽可能充分地利用探空火箭和探空气球,其中不乏很多新奇的创新点。经过德国航空航天中心等专业机构的专家评审和帮助改进后的项目申请,往往可在保留其创新性的同时,兼顾成本效益和可行性。尽管有基础和专业优势的大学会占有一定的优势,但从实践来看,项目兼顾了学生参与的公平和广泛性,把真正对航空航天感兴趣的学生纳入项目之中,既引入了竞争,又扩大了欧洲培养航空航天后备人才的范围。

  最后是滚动式的发展。按计划rexus/bexus项目每年要发射两枚火箭和两个气球,这其中每个子项目既独立又有技术的传承和连续性,各自的运行时间大约为18个月。换句话说,2012年发射的实验早在2010年就已确定并开始进行研发。后续的研究可以充分借鉴前面试验的成果和经验。这其中得益于统筹协调并严格按照计划推进研究进度,以及每一个参与的项目组严格的,用英文编写工作文档。除了实验成果和培养出一批又一批具有实际航天试验经验的人才以外,研究过程中不断的经验积累也是项目重要的成果之一。

  作者:中国物通网


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