再入范围再入范围是指航天器再入大气层返回地面时距离的大小。航天器再入大气层返回地面的方式可分为弹道式、半弹道式、升力式、跳跃式和椭圆衰减式等。各种返回方式对应的再入范围也不一样。 中文名再入范围 外文名Reentry range 领 域航空航天 对 象航天器 方 式弹道式、半弹道式、升力式等 意 义控制航天器返回地面 弹道式再入弹道式航天器进入大气层后，运动产生阻力，不产生升力，或虽有升力但不控制升力的大小和方向（又称无控再入）。弹道式再入的主要特点是：最大减速度主要由再入角、再入速度和大气特征所决定，几乎与弹道系数无关。弹道式再入一般应用于采用旋成体外形、大头朝前的返回器，这种返回器的压力中心位于质心之后，且在返回器的纵轴上。在再入地球稠密大气层的过程中，弹道式再入的返回器通过控制返回器绕纵轴（滚动轴）慢速旋转，来减小扰动力对返回器着陆点散布的影响；同时也对偏航轴和俯仰轴进行角速率阻尼，使返回器以接近零迎角、零升力状态在稠密大气层内运动。 当神舟号飞船出现下列紧急情况之一时，采用弹道式再入返回地面：(1)在抛逃逸塔之后至抛整流罩之前的发射段，运载火箭出现致命性故障，导致当圈返回；(2)在轨道运行段，飞船出现应急情况，导致航天员启动自主应急返回程序；(3)在轨道运行段，发现飞船的加速度计至少有两个出现故障，导致不能采用半弹道式再入控制情况；(4)当在轨道运行段终点事件（轨道舱与返回舱分离）之前，飞船出现应急故障，导致必须采用航天员手控半自动返回模式返回。 半弹道式再入又称弹道升力式再入。升阻比不大于0.5的返回器在再入地球稠密大气层时通过滚动控制调整升力方向的再入方式。半弹道式再入一般应用于采用旋成体外形大头朝前的返回器，这种返回器的质心沿速度方向在压力中心之前，但偏离纵轴一个小的距离。在再入地球稠密大气层过程中，在某一个迎角下，作用在返回器上的气动力矩为零，该迎角称为配平迎角。在以配平迎角飞行时，作用在返回器上的气动力既有阻力又有升力。在再入过程中，通过三轴角速率阻尼控制返回器的姿态，通过转动返回器改变升力的垂直分量和水平分量，从而能在一定范围内控制再入轨道，调整着陆点位置。 与弹道式再入相比，半弹道式再入走廊较宽，减速时间较长，因而承受的过载减小，而且还可以通过控制升力方向、航向和侧向都可以做适当的轨道机动，以提高落点精度。 “神舟号”飞船的返回舱是一头大、一头小的钟形外形，返回舱返回地面时是采取大头朝前飞的姿态。返回舱在再入大气层的过程中，作用在返回舱上的空气对返回舱产生压力，这些压力可以合成一个对返回舱任何一点的一个力和一个力矩。但是在返回舱上有这样一个点，对该点求合力时只有力而没有力矩，这个点就叫气动力中心。为了使飞船返回舱能产生一定的升力，设计人员对返回舱的结构和仪器设备的安装部位作了精心设计，并采用增加一定配重块的方式，使得返回舱的质心不在返回舱的纵轴上，而是与纵轴偏离一个距离d，同时将质心配置在返回舱气动力中心之前的一定位置。设返回舱的飞行速度为V，V与返回舱纵轴的夹角称作迎角。如果在某一迎角下产生的空气动力R正好在质心与气动力中心连线的延长线方向，那么作用在返回舱上的气动力矩M=0，该迎角称为配平迎角。在此迎角下，理论上不需要有作用在返回舱上的其他力矩，飞船就可以飞行状态不变。空气动力R可以分解为沿速度V反方向的阻力D和垂直于V方向的升力L。如能控制返回舱绕速度矢量V旋转，则可以控制作用在返回舱上的升力的水平分量和垂直分量的大小和方向，这样就可以控制返回舱的再入轨道，使返回舱的再入过载峰值不大于4g，并控制返回舱下降至20千米左右高度的停控点的地理位置。 升力式再入又称滑翔式再入。升阻比≥0.7的返回器在再入地球稠密大气层时产生升力并可控制升力大小和方向的再入。提高升阻比可以减小制动过载，降低热流峰值，增大再入角范围，加宽再入走廊，有利于再入过程。升力式再入应用于不带翼面的升力体和带翼面的升力体式返回器，前者是将返回器作成非轴对称外形，使其产生较大的升力，升阻比可达0.7~1.2；后者是将返回器做成有翼外形，升阻比可达1.3~3.0，从而实现水平着陆，如美国的航天飞机和X-37B。 有翼升力体式返回器技术复杂，成本昂贵，但具有以下优点：(1)再入过载小。从环地轨道再入的典型有翼升力体式返回器的再入过载峰值只有2~2.5g，这就为航天员创造了更为良好的环境。(2)机动范围大。由于有翼升力体式返回器比半弹道式返回器有更大的升阻比和有更长的在稠密大气层内运动的时间，因此它具有更大的机动范围。典型的有翼升力体式返回器的机动范围可达1000多千米至数千千米。(3)着陆精度高。有翼升力体式返回器可以相当精确地控制再入段轨道和着陆段轨道，实现在跑道上水平着陆，从而为返回器的重复使用创造了条件。 |
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