基本介紹
- 中文名：進入大氣層模擬
- 外文名：atmospheric entry simulation
- 一級學科：航空航天
- 二級學科：航天原理
- 類型：飛行術語
- 特點：模擬太空飛行器進入大氣層
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太空飛行器進入技術
按太空飛行器所要到達的目標星，分別有金星進入、火星進入和地球進入等，地球進入又稱再入。有人把在月球上或其他無大氣行星上的著陸技術也歸入進入技術。
背景
太空飛行器在返回大氣層時，以音速的十幾倍到幾百倍的超高速進入大氣層，使太空飛行器的前端形成很強的激波。由於太空飛行器前端激波的壓縮和大氣的粘度作用，使得太空飛行器的大量的動能轉化為熱能。這股熱能在太空飛行器返回艙的表層區域形成上千攝氏度的高溫區域，然而由於太空飛行器返回艙表面塗有防熱材料，高溫區域的氣體會被電離，形成高溫電漿電離質區，如同鞘套包圍著太空飛行器，故而該高溫區域層又叫“電漿鞘套”。
進入地球大氣層
電漿作為自然界中廣泛存在的除氣、液、固態外存在的“第四態”，對電磁波有吸收、反射等影響，造成電磁波的衰減，甚至中斷。太空飛行器以超音速返回大氣層時，在太空飛行器周圍形成“電漿鞘套”，這種電漿流場[fll使得通信信號衰減明顯，嚴重的情況下可能導致太空飛行器與地面控制台信號的中斷，從而造成通信領域中的“黑障”現象。隨著太空飛行器的高度下降，空氣密度增大，空氣阻力不斷增大，這種情況使得太空飛行器的飛行速度越來越慢。當太空飛行器的速度降到一定程度時，由於高溫與防熱材料形成的等離子鞘套就會解除，從而黑障也會隨之消失。
當太空飛行器返回的高度處在距離地表20~100km的大氣層時，黑障現象容易出現。黑障形成範圍的大小取決於如下幾方面的因素:1)太空飛行器的外形;2)太空飛行器使用的材料;3)太空飛行器進入大氣層的速度;4)太空飛行器與地面通信的電磁波的頻率和功率。一般會使通信中斷4一7分鐘，使得與太空飛行器返回時的實時通信和再入測量變得困難，另外太空飛行器可能在黑障區出現故障，造成嚴重的後果。然而，還沒有一種有效的方法能夠完全消除黑障現象。
進入火星大氣層
稠密大氣層中高超聲速飛行的研究具有重要意義。從1957年以來的半個世紀裡，美國、俄羅斯相繼開展了多次對火星的探測。其中Pathfander、Vinking、小獵犬二號等火星登入器在進入火星大氣層的過程中都涉及到了稠密大氣層中高超聲速飛行問題。飛行器以Ma大於5的速度飛行時所產生的激波、由激波產生的分離渦以及由於氣體的局部壓縮所產生的氣動熱成為研究的重點。在人類多年來空天探索的基礎上，為進一步探測地球以外可能最適合人類居住的星球一火星，本世紀上半葉將迎來人類對火星探測的新一輪熱潮。禹法文參考火星大氣層的相關參數，套用CFD方法對Vnking火星探測器進入火星大氣層過程中的幾個典型飛行狀態進行了數值模擬，得出了相關的結果，為以後高超聲速研究的開展做了準備。
當探測器以超音速或高超音速在大氣層內飛行時，其前方的氣體被強烈地壓縮，探測器表面與貼壁流體劇烈地摩擦，其部分動能以激波及尾流渦旋的形式耗散於大氣中，其餘的動能則轉化為熱能，因此研究高超聲速的速度場、溫度場、壓力分布對於分析氣動熱的產生和熱防護具有重要意義。
