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深圳师生团队攻克火箭垂直起降关键技术

中山大学团队成功研制“逸仙-3号”面对称可回收液体火箭,并在广东阳江完成垂直起降飞行试验。该火箭采用面对称设计,攻克了垂直起降关键技术,实现了从理论到低空飞行的跨越。项目由高校与企业联合完成,探索了可重复使用火箭技术,为降低航天成本与未来高频次发射奠定了基础。

五月中旬的广东阳江海陵岛,海风带着湿气,天色有些阴沉。就在这片略显粗粝的海岸旁,一枚名为“逸仙-3号”的火箭静立在简易发射架上。它通体银色,高4.5米,直径0.6米,体重约1吨——在动辄数十米高、数百吨重的运载火箭家族里,它确实显得颇为“娇小”。然而,它即将挑战的,却是当前航天领域一个公认的硬核难题:垂直起飞、空中悬停,再垂直降落到地面指定区域,而且要分毫不差。

天气条件算不上理想,阴雨且有风,给发射增添了不少变数。但中山大学航空航天学院吴志刚教授团队对此信心十足。点火指令下达,发动机的轰鸣瞬间撕裂了海岸的宁静。只见火箭拔地而起,精准升至预定高度后,稳稳地悬停在空中。短暂的调整后,它开始减速下降,最终不偏不倚,稳稳着陆在白色圆环靶心之内。整个过程不过三十秒左右,却行云流水,每个环节都完美复刻了预定方案,试验取得圆满成功。

这次成功并非偶然。中山大学航空航天学院作为深圳校区首批建设的工科学院,此次主导研制的“逸仙-3号”,是国内首枚由高校完全主导的面对称可回收液体火箭。其核心意义在于,师生团队共同攻克了垂直起降(VTVL)这一关键技术,实现了从理论到低空飞行的实质性跨越。


“逸仙-3号”火箭。

攻坚“垂直起飞,垂直降落”

“逸仙-3号”所验证的VTVL技术,堪称可重复使用火箭的“灵魂”。它直接决定了火箭能否在完成任务后,像直升机一样安全返回地面,经过快速检修再次奔赴苍穹。传统火箭是一次性消耗品,造价不菲的发动机、控制系统和贮箱往往在大气层中焚毁殆尽。而VTVL技术正是打破这一“奢侈”模式的关键,它能极大降低发射成本,也为未来航天发射的“航班化”与高频次运营铺平道路。

当然,技术难度也水涨船高。VTVL涉及气动力学、制导导航与控制、推力精准调节、结构轻量化等多个尖端学科的深度交叉融合,任何一个细微环节的失误,都可能导致满盘皆输。

“逸仙-3号”选择了一条与众不同的技术路径:面对称设计。项目主要负责老师、航空航天学院副教授张亮解释道,传统的轴对称火箭返回时垂直下落,主要依靠栅格舵等气动面来减速。而面对称设计,能在大气层内飞行时提供更优的升力和姿态稳定性,从而获得更大的减速效果,这对于垂直起降回收任务而言,可谓得天独厚。

更值得关注的是,“逸仙-3号”瞄准的是二级火箭的回收复用技术。要知道,二级火箭的工作环境更接近太空,速度更快,回收难度远比一级火箭大。张亮坦言:“国内在这一领域,目前尚无其他单位开展过飞行试验,我们所做的,是实实在在的创新探索。”

这颗创新的种子,早在多年前就已埋下。张亮副教授在学院开设《科研创新训练课》已有七年,这门课一直带领本科生研制小型火箭,锻炼他们在总体设计、加工组装、控制算法等方面的实战能力。正是基于这样深厚的积累,当挑战VTVL这一业界难题时,师生团队才拥有了足够的底气。“逸仙-3号”项目于2025年1月正式启动,可谓水到渠成。


等待发射的“逸仙-3号”火箭。

他们是学生,也是工程师

在这枚凝聚心血的火箭上,深深烙下了学生的印记。共有10名学生作为核心成员参与了研制,其中包括5名本科生和5名研究生。学院为此配备了六位各有所长的导师,组成了一个紧密协作的师生攻关团队。

2024级航空航天工程专业的本科生金兆铭,在项目中担任了副总师,经历了从设计、研发到制造的全流程锤炼。他回忆道,印象最深的是着陆腿的研制过程。“最初我设计了一版套杆式的着陆腿,但仿真计算结果显示强度不够,关节处承受的应力过大,可能导致变形甚至断裂,根本无法支撑火箭重量。”

于是,三次大刀阔斧的修改,加上无数次细节调整,才有了最终通过试验的可靠设计。金兆铭感慨,这个过程极大地锻炼了他解决复杂工程问题的能力,让他对火箭研发有了全景式的理解,也更加坚定了在航天领域深造的决心。

“当在现场看着火箭被一点一点组装起来,那一刻,梦想照进现实的感触无比真切。”航空航天学院机械专业2024级研究生张璐明如是说。他担任伺服结构主任设计师,负责火箭前后舵面及偏转机构。这是他第一次深度参与火箭从方案设计、优化迭代到实物制作、装配调试的完整项目流程。从理论到实践的无缝衔接,让他对火箭工程的热情愈发炽热。

让学生深度参与每一个关键环节,是项目的一大特色。张亮老师提到,团队讨论氛围非常热烈,“晚上十点多,随时随地打开线上会议沟通进展,是常有事”。这种跨专业、高强度、真刀真枪的协作,让课堂知识在真实的工程挑战中得到了淬炼。中山大学所倡导的“学习力、思想力、行动力”三力培养,以及“以研带学、以学促研”的育人模式,在这枚腾空而起的火箭上,得到了最生动、最有力的体现。


在现场的师生团队。

由深圳高校与深圳企业联合完成

本次飞行试验的成功,也是一次产学研紧密融合的典范。火箭由中山大学携手深圳驭龙航天科技有限公司等联合完成设计、研发与关键部件集成制造。项目完整探索了“广东设计、广东制造、广东飞行”的新路径,在粤港澳大湾区内实现了从技术研发到部件制造的全产业链闭环。这种模式不仅显著缩短了研发周期,也有效降低了试验成本,为后续创新提供了可复制的范本。

当然,“逸仙-3号”的低空试飞成功,仅仅是一个辉煌的起点。张亮副教授透露了清晰的后续规划:“预计在今年年底,团队将完成10公里高度的大姿态翻转着陆飞行试验。再下一步,就是向亚轨道发射迈进。”这些步骤将逐步验证高精度着陆控制方法的有效性与可靠性。

展望未来,中山大学航空航天学院计划以可重复使用火箭平台为依托,开展亚轨道科学实验等一系列任务,并持续在智能空天系统等前沿领域深耕。可以确定的是,随着学校对相关学科发展的大力推动,这支来自高校的科研创新力量,必将在奔赴浩瀚星河的征程中,留下更多探索的足迹,为中国航天事业贡献独具特色的“高校样本”。

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