从谷仓到星空:学生项目圆梦航天


三个瑞士学生,一座谷仓,一个看似遥不可及的航天梦。如今,这个梦想以“蜂鸟”之名腾空而起,成为欧洲首架自由飞行火箭跳跃器。格吕耶尔太空计划团队从零打造,在奇石乐测量技术的全程护航下,通过火箭推力测试与振动监测,优化了推进系统和控制算法,使“蜂鸟”号具备垂直发射、自由导航及安全着陆的能力,成为全球首个成功设计并放飞可重复使用火箭跳跃器的学生项目。

从热爱出发:一个学生团队的航天征途

故事始于三位瑞士高中生对太空的共同热爱。2018年,Jérémy Marciacq、Julie Böhning和Simon Both进入洛桑联邦理工学院(EPFL)后,开始用3D打印模型探索火箭技术。受SpaceX及全球可重复使用VTVL(垂直起飞垂直着陆)技术浪潮的启发,他们发起成立了“格吕耶尔太空计划” (GSP)——以位于瑞士西部的家乡格吕耶尔命名(这里同样以奶酪闻名)。

从谷仓起步,项目迅速走向专业化。团队先后吸纳两名EPFL新成员,形成五人核心班底,并吸引了超过60家赞助商,奇石乐集团以黄金合作伙伴身份加入。当时在 EPFL 攻读机器人工程专业的Böhning回忆道:“我们在德国实习期间首次接触到奇石乐的测量技术,后来在太空技术博览会上再次相遇。我们深知他们是太空测试领域的黄金标准,当奇石乐成为赞助商时,我们感到非常振奋。”
 

Gruyère Space Program, a Swiss student association, successfully designed and flew a reusable rocket hopper.
格吕耶尔太空计划,一个瑞士学生协会,在奇石乐测量技术的支持下成功设计并试飞了一款可重复使用的火箭跳跃器。

三款传感器,撑起火箭测试的关键数据链路

 “蜂鸟”号高2.45米,搭载双组元液体火箭发动机,以N₂O(一氧化二氮)和IPA(异丙醇)为推进剂,可产生高达1.25千牛推力并携带3公斤有效载荷。围绕“蜂鸟”号的测试需求,GSP部署了奇石乐的三款传感器:

  • 9333A压电式压力传感器:直接安装于喷注器头部前方,负责推力测试与特性分析,测量范围覆盖0至50千牛。
  • 601CAA压电式压力传感器:位于喷注器与燃烧室之间的小通道上,工作温度横跨-196°C至350°C,可测压力高达250bar,为燃烧室压力监测及推力-室压比优化提供了决定性数据。
  • 8763B IEPE三轴加速度计:用于振动监测与分析。团队经过多轮安装点测试,最终确定将其固定于惯性导航系统(INS)上时数据最具代表性。

当振动被驯服:从“失控之舞”到稳定悬停

振动补偿是VTVL火箭控制算法中的关键要素之一。Böhning坦言:“没有振动补偿时,跳跃器会不受控制地晃动。”正是基于奇石乐加速度计的测量数据,团队逐步优化控制算法,使“蜂鸟”最终能够保持稳定姿态。

Marciacq进一步解释了传感器的关键作用:“我们尝试了多种安装位置,最终发现将加速度计附着在惯性导航系统上时,能够提供最具代表性的数据。这些测量结果帮助我们表征推进系统特性,并精细调整飞行控制逻辑。”

完整测量链:从硬件到软件的全栈支撑

奇石乐的赞助不止于传感器本身,更延伸至一套完整的测量生态:KiDAQ数据采集系统与jBEAM分析软件。

KiDAQ作为通用数据采集平台,支持多达13个模块加一个控制器的灵活配置,可同步采集20余种信号类型。“我们对KiDAQ的使用体验非常好,系统操作友好、高度可靠,几乎是即插即用,”Marciacq评价道。

jBEAM则承担了测量数据的快速处理与深度分析工作,帮助团队查找并过滤共振频率,为闭环仿真与火箭控制优化提供了关键输入。这款软件支持超过100种文件格式导入,兼具可视化、高级分析与自动报告能力。

53次飞行,53次安全着陆:从学生项目到太空物流公司

截至2024年10月,GSP团队已扩展至15人,成员来自欧洲各地。“蜂鸟”号累计完成53次飞行,涵盖不同高度、特殊机动及多种载荷任务,每一次均以安全着陆收尾。这不仅让GSP成为首个设计放飞可重复使用VTVL火箭的学生团队,也为其后续发展铺平了道路。

完成飞行验证后,已从 EPFL 毕业的GSP核心成员创立了PAVE Space,总部位于洛桑附近的勒南。公司聚焦太空物流与在轨服务,凭借GNC(制导、导航与控制)算法与推进技术积累,开发创新空间对接方案。成为公司 CEO 的Böhning解释道:“加注能力在地球轨道尤为关键。我们的技术可以延长卫星寿命,并支持未来大型太空基础设施的物流、组装与维护。”

完成首轮融资后,PAVE Space已制定明确目标:2027年,公司将参与一次特殊卫星发射任务,提供卫星接近与巡检技术;2030年,目标是与一颗电视卫星实现交会,以第二推进系统的方式延长在轨资产寿命。

Böhning最后表示:“从理论到实践对每个人都是巨大的跨越。在测量技术方面,奇石乐给予了我们莫大支持。在火箭发动机和推力测试中获取可靠数据绝非易事,但奇石乐的测量技术高度精准,最终对我们的帮助远超预期。后续我们非常乐意再次与奇石乐合作,他们的技术对火箭发动机测试、推力表征、压力与振动监测至关重要。”

从谷仓里的一腔热血,到全球首台学生造可重复使用火箭的腾空,再到一家太空物流公司的诞生——奇石乐的测量技术在这段旅程中扮演了重要的角色。当数据成为年轻工程师们优化算法的底气,技术便成为了托举梦想的希望。

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