树莓派火箭技术

超越SpaceX ——你有一些竞争。最近，我们受到启发，开始涉足整个火箭行业，所以我们制作了树莓派火箭一号，将其带到了一个大领域，并试图让它飞起来。

发射火箭模型的刺激可能是一次难忘的经历。经过数周甚至数月的规划、设计、建造和测试，看到你的火箭升空会带来一种成就感，这种成就感是很少有爱好能比得上的。搭配一些树莓派硬件，你可以打开一个充满乐趣的全新世界。天空是极限，或者更确切地说，它也不是。

如何制作火箭模型

如果你刚开始建造火箭模型，那么最简单的方法就是从众多可用的套件中购买一个。这些有各种形状和尺寸，从初学者的简单设计到高级建造者的复杂套件。这些套件通常配备了你需要的大部分材料，但你也需要一些额外的物品，如胶水、砂纸和油漆来组装你的火箭。你必须切割和打磨散热片，并添加其他组件，如鼻锥和发动机支架。其中包含了循序渐进的说明，所以非常简单。

我需要一枚可以携带有效载荷的火箭，于是选择了由Estes公司制造的名为“绿鸡蛋”（https://estesrockets.com/product/007301-green-eggs/）的套件。它的设计目的是携带一个真正的鸡蛋：它的想法是，你可以发射一个鸡蛋，并将其安全返回地球，而不会使其破裂！使用油漆和模板，我很容易定制了我的火箭：

火箭模块的工作原理

火箭发动机模块是火箭的核心。它们提供必要的推力，将火箭从发射台上升空。发动机由一个装满固体燃料推进剂的圆柱形纸板外壳组成，该外壳由点火器点燃。点火器由两根电线之间的一小块易燃材料组成。按下按钮，电流流过点火器，使其起火并短暂燃烧。它本质上是一个电子火柴：

点火器连接到9V直流电源

视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1DV4y1z7yn/

点火器被放置在火箭发动机固体燃料底座的空腔中，并由塑料塞固定到位：

点火器、发动机和火箭组件

选择合适的发动机

火箭发动机模块有不同的尺寸和功率水平。这些通常标有字母和数字代码，代表发动机的特性，从发动机的功率开始，即发动机产生的总脉冲（以牛顿秒为单位）。每个字母最多代表前一个字母总脉冲的两倍，因此B发动机将比A发动机承受更高的火箭。根据火箭的重量和设计，为其选择合适的发动机尺寸和功率，以确保安全成功发射，这一点很重要。以下视频是C12-5发动机的静态点火测试：

C12-5静态点火试验

视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1Jo4y157r7/

字母后代码中的第一个数字表示平均推力，或者发动机为火箭提供动力的速度。数字越高，速度就越快。

代码中的最后一个数字告诉你发动机推力阶段结束和弹射装药点火之间的延迟，以秒为单位。弹射可以让你的降落伞展开，这样你的火箭就可以安全地漂落回地球进行回收。再看一次静态点火测试视频，你可以看到，一旦发动机的主推力阶段耗尽，延迟五秒后，较小的弹射装药推进剂就会点火。它朝着相反的方向发射，进入火箭本身。弹射装药将火箭分成两部分，由弹性带连接，释放储存在火箭体内的降落伞。

我的火箭使用了Estes D12-5发动机。这是一种直径24毫米的单级发动机，专为最大升力重量小于270克的火箭设计。非常适合Estes“绿鸡蛋”。

有效载荷

当我在Tindie上偶然发现基于Rockit RP2040的火箭飞行控制器模型时，我不得不拥有一个。Rockit（火箭操作计算套件）是一款小巧便宜的飞行计算机，由芬兰的Dan Invents为小型火箭设计。在其众多功能中，该板具有高度计、加速度计和温度传感器，所有这些都将数据记录到microSD卡中，用于飞行后分析。Dan在这个板上做得很好，甚至包括了一个具有2A电流输出的5V升压转换器，以便控制更先进的火箭伺服系统。或者，它可以用来为树莓派和相机赋能：现在我们正在讨论！

组装电子设备和外壳

我开始为Rockit板、电池（https://www.amazon.co.uk/EEMB-1100mAh-Battery-Rechargeable-Connector/dp/B08FD39Y5R/ref=sxts_rp_s_1_0？content-id=amzn1.sym.07198d44-a16f-4503-b71e-3f4c67470a0f%3Aamzn1.sym.07198d44-a16f-4503-b71e-3f4c67470a0f&crid=3EEL3AV8EVDR8&cv_ct_cx=3.7v%2Bbattery&keywords=3.7v%2Bbattery&pd_rd_i=B08FD39Y5R&pd_rd_r=b23eaeec-8401-480a-a55a-8c7cbb19bd89&pd_rd_w=UVnuW&pd_rd_wg=eWiEu&pf_rd_p=07198d44-a16f-4503-b71e-3f4c67470a0f&pf_rd_r=8FMW0J36Z2QDDCP5ZVPG&qid=1683272046&sbo=RZvfv%2F%2FHxDF%2BO5021pAnSA%3D%3D&sprefix=3.7v%2B%2Caps%2C81&sr=1-1-1890b328-3a40-4864-baa0-a8eddba1bf6a&th=1）、树莓派 Zero（https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-zero/）和我们的广角12MP相机模块3（https://www.raspberrypi.com/products/camera-module-3/）设计和3D打印合适的有效载荷外壳：

我在电池和其他东西之间加了一个小开关，这样它就可以很容易地通电了。然后，我在相机外壳上钻了一个小孔，简单地把整个东西滑到位：

Rockit板预装了Dan的定制固件。该板有多种操作模式，一个微小的旋转开关可以让用户在它们之间进行选择。基本模式只需自动启动电路板，并发出令人放心的哔哔声，让你知道一切都准备好了。传感器可以接收发射的运动，并开始将数据记录到microSD卡上，因此设置起来非常容易。

至于Pi Zero，我写了一个小脚本，当你打开电路板的电源时，它会在30秒内录制视频。计算机不适用简单地通过断开电源来关闭，这样，当这种情况发生时，我唯一可能损坏的文件仅仅是火箭安全返回地球后的最后30秒剪辑。

剩下要做的就是最后的组装。这包括包装降落伞和连接鼻锥和有效载荷部分：

发射日

“上升的东西最后都会下降”这句话突出了模型火箭所涉及的微小固有风险。因此，为了确保安全和愉快的体验，我们强烈建议加入一个遵守所有规则和条例的有组织的俱乐部。这样，你就可以高枕无忧，专注于享受这种体验的刺激。我与英国剑桥Pi Towers的East Anglian Rocketry Society合作：

这张照片显示了EARS的财务主管Ian Lewis，他指导我完成了我的第一次发射体验。关于火箭，他没有什么不知道的。俱乐部允许访客，所以即使你还没有准备好飞行，你也可以享受一天的时间，观看其他人的发射。这真是一个奇观。作为一次性客人，你可以使用俱乐部的设施，以最低的费用发射你的第一枚火箭——这是一个在不成为会员的情况下尝试火箭模型的好方法。

倒计时

一切就绪，倒计时通过扬声器系统在你周围回荡。“五、四、三、二、一……起飞！”

这是一次完美的发射！降落伞展开，火箭轻轻地飘回地球。

视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1Lo4y157vT

飞行数据

我们从发射场旁边的场地取回了火箭，然后开始查询我们的数据。Rockit板会自动将CSV文件写入microSD卡，因此通过将其放入我的笔记本电脑并打开默认的电子表格查看器，我可以很快看到我们有飞行数据：

起飞！

电子表格非常直观，以毫秒为单位显示了每个传感器记录的数据。

这些数据都很吸引人，但我首先想知道的当然是我们飞得有多高：

高度计记录了我们发射后8.8秒的最高点（我们火箭科学家称之为远地点），即154.3米，即506英尺。如果你想更详细地了解，我已经在这里提供了所有数据。

“树莓派的镜头怎么样？”我听到你问。好吧，这就是我觉得有点不对劲的地方。我回到家，对我的第一次发布感到非常自豪，打开了主板，却发现直到发射之前一直有视频记录，然后就什么都没有了！

我不太清楚为什么摄像机停止了录像。树莓派非常擅长应对火箭发射（看看Astro Pi - https://astro-pi.org/ 就知道了）。我需要做一些进一步的工作，然后我会再试一次。然而，众所周知，火箭发射非常顺利是罕见的。至少在阶段分离之前，我们没有进行快速的非计划的拆卸。

审核编辑 ：李倩