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标题: 闯过2000度高温，弊端2公里：嫦娥五号太空打水漂，美国也学会了 [打印本页]

作者: 瞎搞 时间: 2023-5-4 10:01
标题: 闯过2000度高温，弊端2公里：嫦娥五号太空打水漂，美国也学会了
美国猎户座从月球返回，但返回时的轨道不一般。这种“打水漂”一样的轨道到底有什么长处？技术难度如何？中国在该范畴是什么水平？

（阿尔忒尼斯筹划，发射猎户座飞船的全程展示）
美国猎户座飞完成探月飞行乐成返回地球，但这次返回非常不一般。在进入大气层时，猎户座飞船接纳了【再入跳跃式轨道】技术，精确落入指定位置。那么为何要用这种轨道？技术有何长处和难点？中国是否已经把握？
【水漂轨道，长处超多】

再入跳跃式轨道，也叫半弹道再入，也就是我们常说的“水漂轨道”，它的特点就是航天器多次进/出大气层，这种轨道与传统直接再入式轨道存在显着区别，可以或许有效降低航天器再入式的速率，克制产生较大的过载，安全性好。

（返回器“水漂”再入返回飞行过程示意图）
传统返回式航天器多接纳直接返回轨道，这种轨道模式技术简朴，容易实现，对于飞船要求不高。但是缺点也非常显着，就是要求航天器速率不能太高，否则航天器重返大气层的时间过载会很大，容易控制，对于航天器安全性造成不利影响，也会降低航天器着陆精度。
当年苏联探测器5号从月球返回，抵达地球的时间，速率高达11公里/秒，相当于第二宇宙速率。它接纳直接返回轨道强行返回，重返大气层的时间，加热温度凌驾2000度，过载高达16G，落点弊端接近1000公里。

（假如直接返回落地，飞行器在大气层内运动减速距离就短，效果就差）
为了办理这个标题，再入跳跃式返回轨道就出现了。它的原理非常简朴，那就是充分利用大气层为航天器减速。当航天器冲入大气层的时间，飞船速率会减慢，但飞船不急于返回地面，而是再次升高，然后再次降低。通过来回进出较为稀薄的大气层，令飞行器比较柔和的，从高速变为低速。
飞船减速过程被刻意拉长，不会引起过大的过载，航天器安全性能更高，同时航天器也更容易控制，落点弊端更小。

（多次进出稀薄大气层，可暖和的将飞船速率降低，确保安全精确着陆）
【“打水漂”难在那里？】

不过这样的弹道对于航天器及轨道设计提出了更高要求，难度极大，要求航天器飞行控制系统可以或许精确盘算出飞行轨道，还可以或许精确控制本身的状态和姿态，进步飞行精度。
由于难度太大，早期航天器只能接纳接纳部分跳跃的方案来降低过载，比方阿波罗登月飞船在进入大气层之后，全程在大气层内跳跃，高度也不到100公里，固然效果相对也要差一些，阿波罗登月飞船返回地球的时间过载可以或许控制在7G以内，落点弊端为50公里左右。

（阿波罗筹划探月过程示意图，过程与现代大抵雷同，但细节差别很大）
尽管这些指标比直接返回轨道有显着改善，但是距离人们要求仍旧有肯定差距。
进入新世纪，人们对新一代航天器要求更高，比方NASA就要求猎户座探月飞船可以或许在恣意时候返回地球，也就是说航线起点可以是月球轨道任何一个位置，还要包管飞船可以或许在地球指定位置精确着陆。

（猎户座可以随时启动返回地球，有很强实用代价，方便处理突发情况）
在这种情况下，猎户座探月飞船要具备大距离机动本领，但是它本身可以或许提供升力有限，因此再入式跳跃轨道必不可少。猎户座探月飞船此次返回航迹与阿波罗探月飞船显着不同，它首先再入大气层，利用大气减速，然后再飞出大气层，飞行一段时间之后再次进入大气层，二次减速。这样飞船经过多次减速，过载进一步降低，落点更容易控制。
【太空打水漂技术，中国早已把握】

我们能看到，打水漂的难度确实非常大。首先必要飞船飞行控制系统可以或许精确盘算出干系轨迹引导飞船飞行，还要稳固飞船状态，以进步飞行精度。然后它在大气层内飞行时间较长，必要思量高超声速飞行状态。多次进入大气层，气动加热，必要思量蚀烧防护标题等等。

（从月球“掉”回地球时，飞行器速率远远凌驾近地轨道的飞船，减速是大标题）
再入式跳跃轨道对于中国航天器来说非常重要，我们环球测控网还在发展之中，航天器返回只能选择本土，这样就要求航天器可以或许精确在国内着陆场着陆，所以中国探月航天器也接纳了再入式跳跃轨道。

（嫦娥五号返回舱，经受住了轨道控制与高温的磨练，乐成将月壤带回中国）
2020年中国嫦娥五号探月飞行器携带月球样品返回，返回舱和飞行器在太空预定位置乐身分离，返回舱以再入式跳跃轨道多次进/大气层，乐成降低了速率，航程凌驾6000公里。
期间过载控制在5G以下，返回舱外形完好，没有显着的损伤。由于速率降低，过载镌汰，返回舱在预定位置精确打开降落伞降落，弊端不到2公里，实现了超高精度着陆，乐成将月球样本带回祖国，再次显示了中国航天的技术气力。

（嫦娥五号的返回舱个头并不小）

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