北美各地的业余火箭爱好者本周末汇聚加拿大莱斯布里奇，参加第24届年度大型危险火箭大会。有些人来发射小型火箭，有些人来点燃巨型自制火箭发动机，但每个人都享受一次精彩爆炸带来的激动人心。来自7月《大众科学》的本年度活动预览。
一位游客在阳光明媚的七月星期六下午来到纽约州北部的一个干草场，可能会想，自己是误入了某个4-H俱乐部活动还是第三世界军火市场。这里有一种乡村集市的氛围——扩音器里传来快节奏的播报声，孩子们吃着冰淇淋和热狗——但与将优良母牛带给评委不同的是，参与者们正扛着巨大的仿制军事导弹（美国、俄罗斯、中国，任你挑选）走向场地安全官，以获得最终的发射许可。最庞大火箭的拥有者们已经提前与活动组委会的BFR（即“大到离谱的火箭”）委员会就他们的项目进行了沟通。“把它们带上来，我们就把它们烧掉，”主持人说道。
在七月四日这个漫长的周末，这里位于大学城吉内西奥郊外的这片场地将成为大型危险火箭发射的地点，持续六天。自20世纪80年代末以来，每年（每年地点不同）都会举办一次该活动，当时大量业余爱好者开始制造尺寸和威力如此之大的飞行器，以至于“模型火箭”一词已不再适用。这是“大功率”火箭技术。在像这里这样的东海岸发射场，它们通常位于航线和人口密集区附近，参与者会被授予临时豁免，允许他们飞到12,000英尺的高度。但在西部沙漠发射场，天空才是极限。去年五月，在内华达州黑石城，前好莱坞特技演员Ky Michaelson创造了历史，他发射了一枚21英尺高、重700磅的火箭，名为“Go Fast”，它爬升了约70英里到达地球大气层外层——比之前的非官方业余记录高出20多英里。
在第23届年度大型危险火箭活动（LDRS 23）上，周四至周日将是一场盛大的爆炸性野餐。孩子们和家庭将发射相对普通的套件火箭，同时也有热衷于此，甚至可以说是痴迷的成年爱好者，他们已经将大型市售发动机安装在巨大的轻木或纸板装置中，这些装置可以高达15英尺，重达数百磅，需要数月才能建造。周一和周二，孩子们和夏日野餐的氛围将消失，场地将交给“实验型”或“ex”飞行器，它们使用火箭爱好者自己混合和固化的固体推进剂飞行。
对于初学者来说，即使是最初相对平静的日子也令人不安，就像被扔进了一个失控的迷你卡纳维拉尔角，身边每分钟都有火箭发射。小的火箭是敏捷的、充满活力的飞镖；大的火箭则足够强大，如果你没准备好，会让你猛地后退。它们带着低沉的轰鸣声起飞，跃离发射架，像神射出的箭一样划破天空，留下烟雾和火焰的轨迹。
“我们这里有各种尺寸的火箭，”Lloyd Wood说，他是一名投资顾问，也是主办方纽约州布法罗火箭俱乐部的总裁（或“会长”），是本次活动的发射总监。当Wood没有坐在组织者帐篷下的折叠椅上时，他会骑着一辆四轮全地形车在场地里穿梭，戴着一顶帆布帽，这就像21世纪的英国殖民地官员在视察领土。他的工作是确保本周末计划进行的约1700次发射不出差错，从而不影响附近约500名观众的兴高采烈和人身安全。通常来说，最后两天使用的“ex”火箭容易发生戏剧性故障；Lloyd和他的团队必须随时准备扑灭火焰。字面意义上的。“如果只有成功的发射，那就没什么意思了，”他说。
周六下午，大家都在议论佛罗里达工程师Rick Boyette即将进行的发射。他精心组装了一个1:17比例的中国长征2E火箭模型，该火箭曾在20世纪90年代初将卫星送入太空。真实的中文标识被精心地复制下来，沿着玻璃纤维外壳延伸。“上面写着‘中国入太空’，”Boyette解释道。“有人这么告诉我的。”推进系统来自四个围绕着一个更大的中心发动机的助推器。这种被称为“集束配置”的系统可能非常难以成功。除非助推器同时以相同的力点火，否则火箭将无法直线飞行；不平衡的起飞可能会撕裂箭体。Boyette在火箭爱好者圈子里以其精美、雄心勃勃但有时会因缺乏技术细节而受损的项目而闻名。
我找到了Boyette，他和他的团队正在匆忙进行最后的发射前准备。“你们有没有胶带？”有人问道。两个机载降落伞必须正确折叠并存放在内部，并用凯夫拉绳连接到火箭框架上。如果长征火箭按计划发射，两个降落伞将由定时引爆装置或高度计触发，在火箭达到顶点时展开。为了防止沉重的鼻锥在着陆时损坏其余部分，一个小型的减速伞将展开以降低其速度；一个更大的降落伞将使剩余的飞行器平稳降落到地面。理想情况下，火箭将完好无损地返回，准备好安装新的发动机并再次发射。当然，Boyette已经三次发射、坠毁并重建了他的长征火箭。
四十五分钟后，Boyette宣布：“已经武装。”我们按照规定后退1000英尺，来到几捆干草附近。“五、四、三、二、一……”——什么也没发生。“没有烟，没有乐趣，”正如俗语所说。检查后发现问题不在Boyette：活动组织者提供的点火箱出现故障。经过一些快速维修，Boyette准备进行第二次尝试。
这次发射序列顺利进行，长征火箭的所有发动机都同步明亮而响亮地点燃，升入了天空——几秒钟。它爬升了约1000英尺，然后爆炸了，火箭变成了一个纸屑馅饼，外壳、管子和降落伞像派对礼品一样纷纷落下。Boyette看起来异常平静；仿佛他预料到会出问题。“我不知道发生了什么，”他说。“我看着它升空，心想，‘我安全了，我安全了’，然后……也许是力量太大了。”
这在业内被称为“垃圾袋回收”，火箭碎成碎片返回地球，经过仔细检查以寻找法医线索，然后被扔进最近的垃圾箱。这是节日期间将发生的众多故障发射中的一种。
有时，火箭无法点燃；它会像不听话的狗一样停留在发射架上，拒绝移动。或者，在成功点火后，高温燃气会冲破发动机的燃烧室，逸入相对脆弱的箭体，火箭会在发射架上爆炸，留下有时被称为“火箭纸屑”的残骸。（这是一种CATO，即“起飞灾难性事故”。）或者，火箭会愉快地飞向天空，但产生的力太大，箭体无法承受，就像Boyette的长征火箭一样，它会在空中解体。
但大多数发生事故的火箭是在返回途中。你会听到主持人说：“它正在高速下降”，当主降落伞或更糟糕的是，两个降落伞都未能展开时。以每小时100到300英里的速度撞击地面的火箭被称为“草坪飞镖”或“蠕虫断头台”。然而，从人类观众的角度来看，最令人担忧的火箭类型是不稳定的火箭——在全功率下朝任何非直上的方向飞行。
如果一组错误的计算被传递
过发射安全官，一个自制的火箭在起飞后可能会失控地打转。随着燃料的燃烧，其质心可能会发生移动，导致它稳定在水平位置，并以短促但相当逼真的方式模仿巡航导弹。“人们能看到它过来，”今年活动的组织者之一、中学科学老师Duane Wilkey说。“所以有足够的时间让他们避开。”在这里，许多人还记得在LDRS 19上短暂飞行的三角形火箭，它被亲切地称为“烈焰金字塔”。
那天晚上，在罗切斯特一家酒店举行的活动晚宴上，我向一些没有等到观看发射的火箭爱好者们描述了Boyette的发射。“太棒了，”我说，然后我又纠正自己，“嗯，对Rick和火箭来说不算太棒……”一位火箭爱好者让我放心：“你不必向我们解释。这就是我们为什么都在这里。我们喜欢看火箭爆炸——而且当是别人的火箭爆炸时，感觉更好。”
片刻之后，当天的焦点人物、看起来有些茫然的Boyette出现了。“我的二号助推器上的管接头发生了故障，”他说。“要么是我在重建它的时候没有放足够的胶水，要么……但我会再把它重建起来。”我思索着Boyette在这件重达72磅、长10英尺、基本上毫无用处的物体上投入的2000美元和100个小时。当天早些时候，Stephen Boy，据我所知，是现场唯一一位同时也是临床心理学家称号的火箭爱好者，他给了我他版本的《禅与高功率火箭技术艺术》：“你必须学会放手。你建造了某样东西，投入了时间和金钱和奉献，但你也必须愿意接受事情不按计划进行。”
在观众看来，一次成功的发射都差不多，看了几十次之后，热情可能会消退。但对于火箭爱好者来说，每次发射都是一次刺激，可以比作性：准备工作的艰辛以及高潮的可预测性和短暂性丝毫不会减弱体验的强度。这个以男性为主的运动的生殖器含义逃不过任何人。“我妻子是一名临床社会工作者，她说这不过是一群男人在比较他们火箭的大小，”Boy说——他自己就带来了一枚最大的火箭，长16.5英尺，重180磅的“O’ Boy”。
晚宴是火箭爱好者们放松、喝几杯酒、谈论业务的机会。在欢声笑语之下，很明显有不同的群体在 mingling。有像Boyette这样建造一丝不苟的真实火箭复制品的人。然后是那些喜欢建造古怪、笨重、不符合空气动力学原理的火箭的人。今年的一些例子包括：一个飞碟形状的火箭，一个火箭化的工业卷轴，以及一系列用于将保龄球送入太空的火箭。（诚然，没有一个概念火箭像Ky Michaelson（“Go Fast”的创造者）那样引起轰动，他在LDRS 22时发射了一个真正的活动厕所，名为“Our Stinkin’ Rocket”。）
这种类型的火箭爱好者正在享受FAA为东海岸设定的相对较低的飞行高度限制，同时也在触及他们内心的机械艺术家，这种冲动对于任何观看《美国改装车》或《怪物车库》的人来说都很熟悉。在晚宴上，我与来自新泽西州的计算机程序员Rich Kroboth聊天，他刚刚完成了他的保龄球火箭，该火箭巧妙地 perched 在一个单翼上，表现稳健，虽然算不上创纪录。“建造它花了三个月，”他说。“我欠我妻子很多。”
第三类火箭爱好者是那些在发射场附近可能会看到戴着写有“是的，我是火箭科学家！”的徽章的人。这些人通常来自技术领域，他们享受 tinkering 推进剂化学。有些人是真正的航空工程师在享受“巴士人度假”，其他人只是对高风险化学项目着迷的狂热者。这个群体中的代表人物是免疫学家Alan Whitmore和他合谋者、已退休的医疗产品制造公司高管Jim Livingston。这两位来自北卡罗来纳州的火箭爱好者组成了一个有趣的奇特组合，Livingston是一位狂热的高尔夫球手，带着乡村俱乐部式的悠闲气质，而Whitmore则是自费出版论文《实验火箭推进剂性能评估》的技术宅男。两人联手，是因为他们发现Whitmore正在建造一个惊人的大型发动机，而Livingston的火箭足够宽，可以容纳它。这是他们两人中建造过的最大的发动机，他们感到既兴奋又略带不安。“我不仅冒着损失我的发动机的风险，还可能毁掉Jim的火箭，”Whitmore说。“而且你不想搞砸你朋友的火箭。”
我遇到的另一对实验者是Dave Weber和Bob Utley，他们是特里波利（Tripoli）马里兰分会的朋友，特里波利是全国高功率火箭协会。这些人并不担心。他们各自发射的发动机尺寸都已试飞过无数次。土木工程师Weber从小就迷恋火箭，那是在20世纪60年代。“我在《男孩的生活》杂志上看到了一则模型火箭的广告，”他回忆道。“然后我就爱上了。”电脑技术员Utley的火箭生涯则遵循更典型的轨迹。他小时候玩过，然后“当我儿子11岁时，他表示了兴趣，我又重新开始玩了，”他说。“就像我认识的几乎所有‘重生’的火箭爱好者一样，我的儿子放弃了，而我坚持了下来。”Weber和Utley的火箭都将由他们两人共同制造的推进剂批次提供动力。唯一的未知因素是：烹饪火箭推进剂就像烤饼干一样——没有两批完全相同。
直到20世纪80年代后期，模型火箭的大小都受到标准推进剂——黑火药（更广为人知的名字是火药）的限制。这种易碎且易燃的物质很难加工成大型发动机，制造起来很麻烦，而且制造商从未认为值得费这个力气。当一群工程师兼爱好者弄清楚如何使用NASA在其助推器中使用的相同固体复合燃料来驱动模型火箭时，这种限制就消失了。固体推进剂是一个两部分组成的系统：氧化剂和燃料。过氯酸铵，氧化剂，点燃时会释放氧气，这会助燃合成橡胶，一种碳氢燃料，其中添加了细磨的、高度易燃的铝颗粒。这种混合物每克的力量是黑火药的三倍，而且 far safer。
Jim Livingston恰好在纽约康尼斯湖（Lake Conesus）拥有一个夏季小屋，距离今年的发射场不远，他在这里和Whitmore为Livingston长达14英尺的Viper火箭准备发动机。在这个闷热的夏日午后，Whitmore正在检查他的高强度自制推进剂。“我这么出汗的时候，”他告诉我，“我不知道是因为我付出了太多努力，还是因为我只是对这么多推进剂感到兴奋。”在将一叠推进剂包塞入一个铝制外壳中，然后将其安装到火箭体内的尾翼上方之前，他允许自己最后深吸一口气。“哦，是的！”他 exclaimed。“这是世界上最美的气味之一。”
火箭基本上是在一个只有一个出口的密闭空间中点燃燃料。快速膨胀的气体和燃烧的颗粒物会对燃烧室的壁产生压力，然后被强制通过一个狭窄的喷嘴，将它们的能量集中为向前的推力。火箭大师Wernher von Braun曾将这个过程比作不断地从一条小船的船尾开枪，利用后坐力的力量推动小船前进。这种机制的简单性，以及成品中缺乏活动部件，很大程度上解释了如何在夏季小屋中组装出大型火箭发动机。
Whitmore准备将他的发动机固定到火箭助推器级中。他安装了一个钢制压缩环，或称卡扣环，并固定在两个固定螺栓上，这样在起飞时发动机就不会穿过前舱壁或从下方的喷嘴射出。“当你看到我开始压缩卡扣环时，”他说，“稍微往这边或那边退一步。如果这些东西从槽口滑落，你家里就有一个子弹。”
遵循高功率火箭的第一个定律——“大就是好”——Whitmore制造了一个发动机，按照业余爱好者的术语，属于N级，这意味着在其燃烧过程中，它将产生10,240至20,480牛顿秒的推力，即所谓的“总冲量”。（牛顿秒是指施加一秒钟的力，可以使一公斤的质量额外加速一米每秒。）每向上增加一个字母，总冲量就翻倍，所以这个N发动机的功率是Whitmore最近M发动机项目的两倍——M是LDRS活动中标准的引人注目的强大发动机——是驱动小型模型套件的A发动机的8192倍。“玩这些大家伙真的能让你心跳加速，”他说。
让火箭爱好者们烦恼的另一件事是：法规。
为了获得发射他创纪录的“Go Fast”火箭的许可， Michaelson经历了一场史诗般的、长达两年半的官僚斗争，对象是一个不起眼的联邦实体——商业空间运输局。据报道，阻碍发射一年的公务员告诉他：“除非你不满意，否则我们不满意。” Michaelson回应道（令全球高功率火箭爱好者持久满意地），“除非你有点担心，否则我们不满意。”而联邦政府确实很担心。2001年秋季，美国烟酒枪炮及爆炸物管理局（ATF）的两位特工拜访了Whitmore家，检查他的推进剂储存设施。
自9/11以来，任何涉及“DIY”烟火的东西都受到怀疑。官员们暗示，自制火箭可能被恐怖分子使用。火箭爱好者反驳说，任何试图用火箭（没有制导系统）来运送致命载荷的恐怖分子，都应该选择“毒刺”地对空导弹（或者租用卡车或自杀式背心），而不是走错行当。
尽管如此，烟酒枪炮及爆炸物管理局的官员坚持认为，他们有权监管火箭发动机，因为固体推进剂中使用的氧化剂过氯酸铵自20世纪70年代以来就列在官方爆炸物清单上。政府要求高功率火箭爱好者获得繁琐的爆炸物许可证。火箭爱好者们对此感到厌恶。“没人用这种东西造过炸弹，”代表Tripoli和美国火箭协会的律师Joe Egan说，“但每年都有数百枚炸弹是用火药制造的，而火药很容易获得。”火箭爱好者兼业余爱好行业顾问Doug Pratt附和道：“我们对暗示我们做了一些不爱国的事情感到被冒犯。”在原本欢乐的LDRS晚宴上，有一些“战时会议”的时刻，会有人募捐法律辩护基金。
联邦政府对固体燃料的攻击促使一些火箭爱好者尝试混合发动机，它们使用液体氧化剂燃烧橡胶或塑料。混合发动机并不是什么新鲜事物，但直到现在，它们都只是一个在寻找问题的解决方案。9/11之后，它们成为合法绕过联邦监管的一种方式，因为其中没有任何东西可以被视为爆炸物。（讽刺的是，政府的一个部门骚扰火箭爱好者，而另一个部门却向他们征求建议。NASA已经购买了两个发射系统——用于其教育项目——来自Doug Pratt，他利用业余时间在自家地下室制造它们并通过互联网销售。）
混合发动机具有关键的安全优势，这源于它们燃烧两种成分——氧化剂（通常是氧化亚氮）和燃料源（通常是机械加工的PVC塑料块，尽管几乎任何东西，包括硬萨拉米，都被用过）——这两种成分在低于超高温的温度下都是化学惰性的。在高功率火箭社区内，一个狂热的少数派将混合发动机视为未来的趋势，而一个尚未被说服的大多数人则对其挑剔的点火阻力以及空洞、放屁般的声音（很难放弃固体推进剂的阳刚之吼）持怀疑态度。
实验日以一声呜咽开始。Whitmore-Livingston和Weber-Utley团队都计划在周一发射，但风力突然加大，一天都被取消了。周二早晨阴云密布，但随着早晨的进展，出现了一个蓝色的空洞，你可以把一队火箭发射进去。“早上好，LDRS 23，这里是Dave Weber，”PA系统上传来了即兴主持人的声音。“这将是‘Super Tuber’火箭的第八次飞行。发动机由马里兰-特拉华火箭协会的Bozo Motorworks制造。我们预计能达到3600英尺。场地已清除，天空晴朗，发射倒计时五、四、三、二、一……”
火箭之神并不高兴。“Super Tuber”离开了发射架约一英尺，然后停顿了一下。“一旦你看到那种犹豫，你就知道要发生坏事了，”Weber说。这确实是一次CATO。发动机的燃烧室无法承受压力，火焰从隔板和喷嘴涌出，导致Weber和发射组织者们拎着水桶冲过去，扑灭焦黑的残骸。
Weber的朋友Utley现在发现自己进退两难。他有一个新的苗条火箭放在发射架上，仿制了一张在伊拉克战争中缴获的俄罗斯SAM导弹的新闻照片。Utley的火箭装的是与不幸的“Super Tuber”使用相同批次的推进剂。如果“Super Tuber”的问题是机械方面的，比如卡扣环没有正确固定，那么Utley的飞行器应该会飞起来。但如果推进剂是罪魁祸首——例如，如果在固化过程中产生气泡，这是一个常见的失误，会增加表面积并加速燃烧——那么对Utley来说，发射就等同于火箭自杀。
“我本可以把发动机拿去（测试）点火，”他告诉我。“但我不能对我哥们儿那样做。他损失了他的火箭，所以我必须按我自己的火箭的按钮。”随之而来的爆炸——“爆燃”是更专业的术语——真是太精彩了。Utley，一个身材魁梧、性情放松的家伙，只是说：“我 pretty much 知道会发生什么。”事实证明，他的火箭的上半部分是可以修复的，所以他会把它重新组装起来，保留烧焦的痕迹，作为荣誉的象征。
Whitmore和Livingston的发射带有一丝苦乐参半的味道，原因很简单：Whitmore不在场。两天前，他的妻子Sallie因紧急腹部手术被送往医院，他匆忙赶回教堂山陪伴她。N发动机被暂时搁置，Livingston在他的Viper火箭上安装了他自己预备的M发动机。由于戏剧性情节拖得太长，他感到有些烦躁。不管怎样，让它发生吧。倒计时顺利进行，起飞也堪称典范——发动机的轰鸣声，笔直地射入天空。当一个有些故障的降落伞差点把Viper降落在附近一片二战经典飞机中间时，存在片刻的悬念，但纯属侥幸，灾难得以避免。
LDRS 23很快就结束了，对大多数火箭爱好者来说，是时候开始策划明年的活动了。但对Livingston和Whitmore来说，还有最后一章。一旦Sallie Whitmore康复，Viper经过修整，两人决定将他们强大的N发动机一次性发射升空。Whitmore通过电话告诉我，在他妻子生病期间，火箭是他最不关心的事情。“但到了八月，我开始慢慢适应我的爱好，”他说。Whitmore的激情又回来了。我记得我们第一次见面时他告诉我的一句话：“火箭技术包含了小男孩乐趣的四个基本元素：烟雾和火焰、巨大的噪音、速度和飞行。你希望每次火箭升空时都能一起上去。”
于是，去年十月的一个温和晴朗的下午，他和Livingston在北卡罗来纳海岸的自家场地发射了他们的火箭。“能一起把它升空，感觉很特别，”Livingston说。“高度5825英尺，速度478英里/小时。”Whitmore说，那一刻“就是我们想要的一切。一场震耳欲聋的噪音。”
