中学科研课题推荐！航天工程类｜探索火箭的设计与制造

MS探索火箭的设计与制造

项目分类：工程技术/计算机科学/人工智能

项目描述01Project Background

探空火箭作为一种技术要求适中的测量工具，适合爱好者自主设计和制造，具有广泛的应用。这些火箭通常采用固体燃料，可以是单级或多级设计，并具 有基本的可回收功能。它们能够搭载各种有效载荷，用于测量高层大气参数。

本项目通过3D建模设计探空火箭，利用数学建模进行稳定性分析，3D 打印技术制造火箭结构，搭载自主设计的传感器载荷，并进行实地测试以验证设计。

该项目的应用场景包括火箭自主设计与制造、飞行数据监测分析、轨道预测及姿态控制算法开发，助力实现航天技术创新与多学科融合发展。

项目集生物、数学、工程、计算机和人工智能 于一体，旨在引导学生在导师的指导下，从 概念设计到实物制作，亲手完成探空火箭的 全套开发流程。工程实践主要分为 5 个阶段， 如下方表格所示。

在探空火箭项目中，会使用到多种算法来实现不同的功能。例如发动机设计中热力计算的质量守恒方程、飞行控制算法中姿态调整的四元数转换、轨道预测和制导中的轨道确定，其数学公式及实现方式如下所示：

项目目标02Project objective

（1）具有自主导航能力的探空火箭原型：开发一套完整的设计流程，包括火箭的气动设计、结构设计、以及搭载的传感器和电子设备的选择，制造能够实际飞行并进 行数据收集的探空火箭原型。

（2）实现火箭飞行数据的实时监测与分析系统：开发出一套能够对飞行数据进行实 时处理和反馈的地面监测系统，以优化火箭性能并为飞行安全提供保障。

项目收获03Project achievement

本项目在数学算法、编程实现、模块设计和专业写作方面提供了多项技能提升

• 巩固学科知识点数学建模 - 数值分析 - 优化算法

项目涵盖了从数学建模、数值分析到优化算法的关键技术，旨在全面提升火箭设 计的科学性和精确性：

• 实物模型制作硬件设计 - 系统集成 - 3D 建模与制造

硬件设计涉及挑选合适的电子组件与传感器， 以实现火箭的通信、跟踪和生命维持。系统 集成将动力、控制和载荷等子系统整合为完 整的火箭模块，确保各部分协同工作。3D 建 模与制造则通过软件设计并打印出火箭的各 个部件，完成从设计到实物的转变。

• 深度参与编程实践设计编程语言掌握 - 控制软件开发 - 仿真与模拟

• 掌握 LaTex 写作学习掌握国际通用的科技写作软件 LaTex

学生案例（部分）04ExamplesF同学

成都石*国际部｜牛津大学机械工程专业

课题：基于流体力学的水下高机动载具

💻科研历程：在导师指导下，F同学独立完成了模型设计、实物制造与实地测试，实现了对水下生物生长生存情况及环保领域应用的探索。

🎁成果与收获：收获800mm长度仿生旗鱼的实物模型，并形成一篇高质量学术研究报告，并以此为核心素材完成了申请文书和面试素材。最终获得了牛津大学机械工程专业的offer。

X同学

成都*德国际部｜德州农工大学

课题：《基于地面效应的飞行器应急飞控》

💻科研历程：在导师指导下独立完成了创新性飞控系统实物模型的设计、制作、组装与调试全流程工作，为解决飞行器单发失效等应急状况下的稳定控制问题提供了技术方案。

🎁成果与收获：完成了创新性飞控系统实物模型，形成技术报告与仿真代码和学习研究报告，展现了出色的数据分析与批判性思维能力。成功收获了德州农工大学 航空航天工程的Offer。

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