半弹道式再入

半弹道式再入是指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。这种再入方式可以有效减小再入过程中的超重，降低热流密度，并可利用升力在一定范围内控制落点，提高着陆精度。还能够有效减小了宇航员承受的过载，使得宇航员感觉更轻松。

定义对于受控再入的航天器而言，一般再入方式可以分为弹道式再入、半弹道式再入和升力式再入。半弹道式再入又称弹道升力式再入，是指升阻比不大于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。

控制原理半弹道式再入一般应用干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。

美国的“双子星座号”飞船和“阿波罗”飞船、前苏联的“联盟号”飞船以及中国的“神舟号”飞船的返回舱都采用半弹道式再入方式。“联盟号”飞船返回舱的配平迎角约为20°，配平迎角下的升阻比不大干0.3，可将着陆点偏差控制在30km之内。

右图为半弹道式再入的返回器以配平迎角飞行的原理图，相关参数解释如下。 ——飞行速度； ——气动力合力； ——升力和阻力； ——法向力和轴向力； ——气动力矩； ——配平迎角； ——气动力合力与人背的夹角； ——质心偏离纵轴的距离： —— 气动力中心和质心的纵坐标； ——气动力与纵轴的夹角。1

特点返回器即便采用轴对称的外形，其重心也与其对称轴有一定距离，因此在其穿越大气层的过程中，飞行方向与对称轴之间有一定的夹角，从而产生一定的升力，可以有效减小再入过程中的超重，降低热流密度，并可利用升力在一定范围内控制落点，提高着陆精度。从离开原轨道直至返回地面，整个航程虽达到上万公里，但有效减小了宇航员承受的过载，使得宇航员感觉更轻松。此种再入方式穿越大气层的飞行时间较长，大气摩擦加热产生的总热量很高，因此需要更为可靠的航天器防热系统。2

发展历程美国和苏联在掌握了弹道式再入的技术后，积极从事半弹道式再人技术的研究。

1965年美国“双子星座”号飞船成功地进行了半弹道式再入的返回技术试验，大大提高了着陆精度，同时也为“阿波罗”飞船的月球返回技术奠定了基础。

1968年12月21日“阿波罗”号飞船首次载有3名航天员飞向月球，在绕月球飞行后安全返回地面。

在此前后，苏联的半弹道式再入的返回技术也取得巨大成就。1968年“联盟”号载人飞船首次成功地返回地面，表明前苏联掌握了从绕地轨道返回的半弹道式再入的返回技术；1970年9月前苏联“月球”16号探测器的返回舱带着月球土壤以半弹道式再入返回地面。3

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学