再入姿態

再入太空飛行器以宇宙速度進入大氣層將經受嚴酷的再入環境，為了完成它所承擔的任務,必須具有一定的姿態。使太空飛行器在再入大氣層過程中既達到減速目的，又保證制動過載和氣動加熱不超過允許的限度。

基本介紹

• 中文名：再入姿態
• 外文名：Reentry attitude
• 作用：達到減速目的
• 領域：航空航天
• 原理：慣性原理
• 分類：彈道式再入姿態等

簡介

再入太空飛行器以宇宙速度進入大氣層將經受嚴酷的再入環境，為了完成它所承擔的任務,必須具有一定的姿態。使太空飛行器在再入大氣層過程中既達到減速目的，又保證制動過載和氣動加熱不超過允許的限度。

原理

早期的太空飛行器大多採用簡單的自旋穩定。其原理是，在無外力矩作用時，自旋太空飛行器的動力矩在空間的大小和方向守恆，實際上是慣性原理。它的精度不高。後來發展的三軸穩定技術是一種主動穩定，即依靠太空飛行器三個相互垂直的軸分別對空間的特定參照系保持穩定。一旦偏離參照系，敏感機構、計算機構、執行機1勾會使三軸修正到原來的姿態。不同的太空飛行器對姿態控制的要求有很大差異。某些科學探測衛星只求得空間或者大氣物理參數時的時間、衛星的軌道位置和瞬時姿態，用以進行數據處理。這類太空飛行器所需的姿態確定準確度為幾度至十分之幾度。通信衛星、對地觀測衛星或哈勃望遠鏡一類的太空飛行器，要求姿態確定度在十分之幾度、姿態穩定度在每秒幾角秒，甚至達到每秒10^(-3)角秒或更高。

再入姿態

分類

根據太空飛行器再入大氣層返回地面的方式，分為以下幾類：

彈道式再入姿態

採用旋成體外形、大頭朝前的返回器，這種返回器的壓力中心位於質心之後，且在返回器的縱軸上。在再入地球稠密大氣層的過程中，彈道式再入的返回器通過控制返回器繞縱軸（滾動軸）慢速旋轉，來減小擾動力對返回器著陸點散布的影響；同時也對偏航軸和俯仰軸進行角速率阻尼，使返回器以接近零迎角、零升力狀態在稠密大氣層內運動。

半彈道式再入姿態

半彈道式再入一般套用於採用旋成體外形大頭朝前的返回器，這種返回器的質心沿速度方向在壓力中心之前，但偏離縱軸一個小的距離。在再入地球稠密大氣層過程中，在某一個迎角下，作用在返回器上的氣動力矩為零，該迎角稱為配平迎角。在以配平迎角飛行時，作用在返回器上的氣動力既有阻力又有升力。在再入過程中，通過三軸角速率阻尼控制返回器的姿態，通過轉動返回器改變升力的垂直分量和水平分量，從而能在一定範圍內控制再入軌道，調整著陸點位置。

升力式再入姿態

升阻比≥0.7的返回器在再入地球稠密大氣層時產生升力並可控制升力大小和方向的再入。提高升阻比可以減小制動過載，降低熱流峰值，增大再入角範圍，加寬再入走廊，有利於再入過程。

跳躍式再入姿態

太空飛行器通過進入走廊以較小的再入角進入大氣層後減速，依靠升力再次衝出大氣層，此時太空飛行器的速度已經降低到第一宇宙速度以下，做一段彈道式飛行後再次進入大氣層；也可以多次出入大氣層，每進入一次大氣層就利用大氣進行一次減速。

橢圓衰減式再入

以接近第二宇宙速度返回到地球附近的太空飛行器，假定沒有地球大氣層，則沿一條克卜勒軌道運動。由於減速不多，太空飛行器又會突出大氣層，形成沿很大橢圓繞地球運行的軌道。過了一圈後，又進入大氣層，並再減速一點，重新進入尺寸稍小、位置略變的橢圓軌道。由於穿出和飛入大氣層的方向之間有偏差，因此，長軸轉過了某一角度。原則上可以用很多這種“制動橢圓”來降低很大的初始再入速度。