1、 航天器分進入式（返回型）和非進入式（非返回型）兩大類。 航天器從大氣層外的飛行軌道進入地球的稠密大氣層，稱“進入”或“再入”。 航天器脫離空間軌道進入大氣層并在地面安全著陸的過程，稱航天器的返回。 航天器設計中有意識地將返回物品和設備集中安裝在“再入艙”內，其余的物品配置在“設備艙”、“軌道艙”等內。11.1 返回技術 20世紀40年代末，美、蘇實現地球物理火箭和高空生物火箭箭頭的回收。50年代末，美國發展照相偵察衛星，經12次連續失敗，于1960.8首次從海上回收“發現者13”回收艙。60年代，掌握航天器從繞地軌道和從月球軌道彈道式返回地面技術。70年代，在金星和火星軟著陸。“大鳥”偵察衛

2、星的膠卷艙分期返回。我國返回式衛星。80年代，航天飛機，實現了升力式返回技術。 返回過程是一減速過程，從軌道上的高速減速到接地時的安全著陸速度。 理論上，實現返回有兩種方法：利用制動火利用制動火箭箭 和 利用空氣阻力利用空氣阻力。 單純利用火箭動力，會增加運載火箭的有效載荷，增加起飛質量；不經濟，不現實。 利用稠密大氣（幾十km）對航天器的空氣阻力，使航天器減速；經濟，可行。需一能量不大的制動火箭。返回的四個階段：返回的四個階段：(1) 離軌段（制動飛行段） 制動火箭作用，脫離原運行軌道，轉入一條能進入大氣層的過渡軌道。(2) 大氣層外自由下降段 制動火箭熄火，航天器在重力作用下沿過渡軌道自由

3、下降。在100km左右進入稠密大氣層(AB段)。(3) 再入大氣層（大氣層內飛行段） （B點以下）(4) 著陸段（回收段） 當航天器下降到15km以下的高度，進一步減速，保證其安全著陸。 航天器從其他星球航行歸來，進入地球大氣層（VII），同樣要經歷再入段和著陸段。航天器返回過程 再入航天器以很高的速度進入大氣層，承受嚴重的氣動加熱和制動過載。因此，航天器的氣動外形、結構、返回軌道、返回控制等都是按再入段工作條件設計的。 航天器在大氣層內運動，除受重力外還受空氣動力作用。空氣動力可分解為阻力D和升力L。按高超聲速時的升阻比大小，再入航天器可分為彈道式和升力式（滑翔式）兩大類。再入航天器的分類再

4、入航天器的分類 無升力或只有無法控制的有限升力；外形一般是鈍頭的軸對稱旋轉體；在大氣里經歷的時間很短（不超過400s），總加熱量相對小些，防熱結構簡單。 美、蘇早期的返回式航天器均屬此類。1. 純彈道式再入航天器缺點：再入過程的運動無法控制。制動火箭工作結束后，落點便已決定。落點偏差大（可達上百公里）； 加熱時間短，迎風面熱流大，常采用燒蝕式防熱結構； 再入過載大(810g)，只能垂直著陸。可采取傘狀阻尼板。1. 純彈道式再入航天器2. 半彈道式再入航天器（L/D0.5) 在純彈道式基礎上，增加有限的、可控的升力，以控制再入軌道的航天器叫半彈道式（升力彈道式）再入航天器。 原理：將航天器重心配

5、置在離中心軸一段很小的距離處，加以“配平攻角”，產生部分升力。將航天器繞其縱軸旋轉一角度，升力得以分解為一個向上的力和一側向力。后者用以控制航天器的落點。 目前，這種再入可控制落點偏差范圍在2 km以內。2. 半彈道式再入航天器（L/D0.5) 可分為升力體（0.5L/D1.3)兩種。1.有翼航天器 具有升力面，升阻比大于1.3，可滑翔數千公里、水平著陸。可以多次重復使用，最大制動過載1g。外形兼顧從高超音速到亞音速各個階段，幾何外形和結構復雜。氣動加熱熱流低，但時間長、總加熱量大。防熱結構沉重。 航天飛機（Space Shuttle）屬于有翼航天器。 1981年4月，美Columbia 號首

6、次載人升空并成功返回；1988年11月，蘇“暴風雪”號首次不載人軌道飛行成功。2. 升力體 又稱升力艇。沒有機翼。利用機身的氣動力外形產生一定的升力。 升阻比在0.51.3之間。 航天器高速再入大氣層，在空氣動力的作用下急劇減速，同時巨大的動能和勢能轉化為巨大的熱能。因此，要盡量減少傳遞給航天器的熱量。 對于彈道式再入航天器，通過精心選擇航天器的幾何外形來減少傳到結構的熱量。一般采用鈍頭形狀。98熱量被擴散，只有12傳給航天器結構。但這些熱量仍然很大。(1)熱沉法： 利用非消融性防熱材料的熱容量提供對航天器內部結構和設備的保護。 熱沉（heat sink）式防熱結構的蒙皮厚，采用的金屬材料的比

7、熱高、導熱性好，熔點高（鈹、銅等），能容納氣動力熱傳給結構的熱量。（2）輻射法： 輻射式防熱結構的蒙皮采用很薄的耐熱合金（鎳、鈮、鉬等合金）。從蒙皮表面向外輻射的熱量qw與蒙皮表面溫度Tw的4次方成正比。Stefen-Boltzmann（全輻射）定律：式中=5.67x10-8W/m2K4,稱Stefen-Boltzmann常數,對絕對黑體=1 目前耐高溫金屬材料的性能，使輻射法只適用于最大熱流不超過100大cal/m2的情況。400),()(TdTMTJ (3)燒蝕法： 固態高分子材料（酚醛玻璃鋼、尼龍酚醛增強塑料等）在加熱條件下表面部分材料熔化、蒸發或升華，或分解氣化。在此過程中，吸收一定的

8、熱量，這種現象叫“燒蝕”。 廣泛應用于遠程導彈的彈頭防熱結構中，也是彈道式航天器的主要防熱方式。 缺點是再入航天器只能一次使用，并且再入體表面燒蝕后，氣動外形略有變化。 航天器下降到15km左右的高度，速度已減小到亞音速。為保證安全著陸，仍需采取進一步的減速措施。 彈道式再入航天器常采用降落傘，降落傘具有包裝體積小、重量輕、展開后阻力面大、可靠性高的優點。現已有可操縱的降落傘。 降落傘著陸系統在15km以下高度工作，一般為兩級減速：先在9km左右打開引導傘和減速傘，將航天器減速至80m/s左右；然后在7km左右高度開主傘，減速至最終要求。 航天器飛行至距地面100公里時進入大氣層，產生所謂的“黑障”現象，這是因為航天器與大氣劇烈摩擦，在其四周產生了一個等離子(Plasma)殼，此時航天器內暫時無法與地面通訊。距地面40km時出“黑障”區。 一般，載人飛船著陸速度不得大于6m/s，在海上不大于10m/s，無人航天器亦不得大于15m/s