在太空竞赛开始时，大型政府组织在探索外层空间的方案中投入大量。最近，Spacex，Virgin银河和蓝色原产地等商业公司已进入太空业务。这些公司开发火箭队部署卫星，恢复国际空间站，并可能在不久的将来使商业空间旅行能够实现。但是，来自各国政府和商业计划的大预算运作，第三组一直占据了星星：全球大学的学生团队正在开发和发射火箭技术，并在路上学习一些大教训。这些学生组织为挑战添加到挑战，预算紧张，当团队成员毕业时，他们的行列每四年一次。
图片来源：USCRPL
南加州大学的火箭推进实验室是第一个推出完全学生设计的和学生建造的火箭的本科小组，以达到外层空间。
将火箭发射到热层的努力需要精密工程，在高风险的情况下，速度、功率和准确性都必须结合在一起。虽然学生团体已经成功地制造和发射卫星很长时间了，但迄今为止还没有人向外层空间发射火箭。
2019年4月21日，南加州大学火箭推进实验室（USPCRPL）成为第一个大学生组，它发射了一个完全由学生设计的学生造火箭，穿越了由世界航空运动联盟定义的位于地球海平面100公里处的卡拉姆线。他们的“旅行者四号”（Traveler IV）火箭射入空中的高度达到103632米，误差为+/-5120.64米（340000英尺+/-16800英尺），完成了该组织15年的使命，成为第一个到达外层空间的大学团体。
USCRPL是一个由来自不同研究领域的大约80名学生组成的团队。USCRPL有一名指导教师，并得到20多家商业公司的支持。万博1manbetx该团队的目标是:帮助本科生获得在工程团队中工作的经验，这与他们将在工业中发现的类似。该团队共同努力，为现实世界中无法在教科书中找到答案的工程问题创造解决万博 尤文图斯方案。
USCLPL的主要工程团队是航空电子，复合材料，推进，恢复和模拟。他们还拥有幕后工作的团队，包括运营，媒体，基础设施和生产系统。
USCRPL团队
- 超过80名学生，包括超过六个专业的学生，包括天体工程，机械工程和计算机科学
- 100%本科生，配备一名教员顾问
- 校园专用实验室
- 南加州大学和23家行业领万博1manbetx导者提供的资金和支持
旅行者IV火箭
- 长度：3.96米（13英尺）
- 直径：20.32厘米（8英寸）
- 重量：140千克（310磅）
- 海拔：103632米（340000英尺）
- 固体燃料
- 最高速度：5.1马赫（5449公里/小时，3386英里/小时）
- 从新墨西哥州Spaceport America推出
- 建于七个月
USCRPL工程团队
- 航空石：设计，建造，并在火箭鼻锥体中操作电子单元
- 复合材料：设计并为火箭身体，翅片，喷嘴和鼻锥进行上篮
- 推进：设计并建造火箭电机
- 恢复：开发和确保降落伞的部署
- 模拟：创建飞行模拟器和固体发动机模拟器
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亲身体验，走出这个世界
与他们的商业同行一样，USCLPL团队依赖于设计和测试其火箭的系统模拟。仿真团队以与他们的专业对应物的方式解决了这些和其他系统模拟问题，了解所获得的经验将有用，因为他们毕业并迁往航空航天公司或其他相关领域的职业生涯。手持式设计和商业软件的经验是关键。
USCRPL仿真团队的负责人卢克·圣雷吉斯（Luke St.Regis）与另外两名学生一起创建了一个定制飞行模拟器和一个定制固体发动机模拟器。作为一名主修计算机科学和宇航工程的大四学生，他说MATLAB®帮助团队同时查看许多不同的场景。
“我们使用我们的模拟两种不同的目标，”圣雷吉斯说。“首先，在设计阶段，我们使用电机模拟器提出电机设计，所需的推力和燃烧长度轮廓。然后，我们使用该数据来设计火箭的实际体，并确定其长度，形状，鼻锥和翅片的形状，以及达到所需高度的程度。
“使用我编写的脚本，MATLAB会稍微更改输入，以便它能同时扫描三个输入参数。这在鳍上生成了数千个三维组合。”
卢克斯·雷吉斯，USCLPL模拟团队负责人
翼片是火箭设计中的一个关键部件。火箭需要巨大的推力，而大气层会导致火箭摇摆。尾翼有助于改变火箭的重心，保持火箭的稳定并指向它应该去的地方。为了设计“旅行者4号”的鳍片，研究团队模拟了火箭唯一进入大气层的前30秒，并测试了鳍片设计的不同参数，如形状和长度。
“使用我写的脚本，Matlab会稍微改变输入，以便立即将其扫过三个输入参数，”St. Regis说。“这产生了鳍片上的三个维度的数千种组合。然后我们可以提取最低的静态边距，绘制所有3D的那些，看看我们希望鳍的尺寸是什么，以实现这一良好的平面轮廓。“
设计过程的很大一部分是模拟发射，包括发动机性能和飞行轨迹。模拟利用了以前发射尝试中收集的数据。为了收集数据，火箭配备了多个传感器，可以传递定位、速度、温度、方向等信息。这些变量也在飞行模拟器中进行测试。
“进入发射阶段，飞行模拟器实际上就是我们瞄准火箭的方式，”圣里吉斯说。“我们将参数与真实火箭的测量值进行匹配。我们提取实时风数据来计算所需的飞行路径。”
火箭很难设计和制造，因为每次测试都意味着重新开始。学生团体还必须考虑到，随着学生毕业和继续前进，每四年成员就会完全更替。通过继续在MATLAB中工作，以前的团队收集和构建的数据和模拟可以无缝地传递下去。
《依然伸手摘星
旅行者四号的成功是15年工作的顶峰。对于前一个没有进入太空的火箭，团队成员学到了一些他们在下一个火箭上实现的东西，这最终导致了成功。以前的许多火箭都是学习理论和开发制造方法的平台，旅行者系列就是这种知识的结晶。
“下一步，我们将改进我们成功的火箭的设计，使其更轻、更优化，”USCRPL媒体主管迈克尔·奥尼尔（Michael O’Neill）说。“我们希望增加足够的容量，以便在亚轨道太空飞行中使用有效载荷，如立方体卫星。”
单级火箭非常适合实现这一目标，USCRPL自2005年成立以来就一直拥有这一目标。但要将有效载荷像卫星一样发射到太空中，该团队需要研制一种两级火箭。
该团队正在进行许多开发项目，例如探索液体燃料的使用。液体燃料比研究小组一直使用的固体燃料更易挥发，但将允许增加控制和推力，以携带大型有效载荷并将其送入轨道。这些火箭的制造成本甚至比固体燃料火箭还要高，但USCRPL希望获得历史上最高业余火箭发射的称号，这比旅行者四号的创纪录高度高出约15000米。
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在他们的时间里，在我们的时间里获得了现实世界经验，在过去的许多成员中都变成了航空航天的职业生涯。“我们的许多成员继续在航天工业中工作，为航空航天渠道或航天和蓝色起源等公司，”O'Leill说。“有些人甚至走了，以创造自己的公司，如相对论。”
Dennis Smilling，Lead Engineer为USCRPL在他的高年期间，现在是SpaceX的推进工程师说：“我的时间与USCLPL是我大学经历中最有价值的部分。
“USCRPL让学生有机会将课堂上学到的知识应用到实际的工程挑战中。在大学里应对这些实际挑战让学生有机会培养在工程职业生涯中极其有价值的技能。”
