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找到新华社的一篇报道和航天科技的一篇科普文章 B& D8 O% m8 {- Y' \0 q
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新华网内蒙古四子王旗10月16日电(记者李宣良)我国载人航天工程着陆场系统总设计师侯鹰在接受新华社记者采访时指出,与世界其他国家载人航天器起步时采取弹道式返回方式不同,我国神舟号飞船从一开始就使用起点较高的升力再入方式返回。
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0 c! q# t) e0 e. L- u 侯鹰介绍说,对于在近地轨道上运行的航天器,最简单的返回方法是利用地球高层稀薄大气的微弱阻力使航天器运行轨道自然降低,然后进入稠密大气层以实现返回,即轨道衰减法返回。采用这种方法返回虽然简单,但很难预计着陆时间和位置,而且需要很长的制动时间,因此只是在载人航天的初期,在发生故障无法实现航天器的强制返回时,作为一种备用的应急返回方案。
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“目前世界上航天器返回都是应用变轨的原理,强制航天器脱离原来运行轨道再入地球大气层实现返回,即采用直接进入法返回。根据航天器气动特性和轨道特征,直接进入法返回分为弹道再入和升力再入两种方式。”侯鹰介绍说,“弹道再入是指航天器进入大气层运动时只产生阻力不产生升力,或虽产生升力但对升力大小和方向不加控制。采用这种再入方式的航天器称为弹道式再入航天器。前苏联和美国早期的载人飞船都是采用弹道再入方式返回。弹道再入会带来很大的制动过载,航天员的安全系数小。我国神舟号飞船一起步就采用了更为先进的升力再入返回方式。”
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1 G' n" X4 ?# _0 P; g: T 侯鹰说,升力再入是指航天器进入大气层运动时产生一定可控制的升力,航天器在升力作用下会沿滑翔式轨道或跳跃式轨道滑行,从而缓和减速过程,使最大制动过载减小和热流峰值降低。通过升力控制,航天器还具备一定机动能力,因而能提高落点精度,甚至可在预定场地水平着陆。我国神舟号飞船的这种升力再入返回方式,既保证了飞船的精确返回,又保护了航天员的生命安全。; ], M) Z* Z Y' f9 l6 {' c
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神舟号飞船返回舱是怎样产生升力的?# I# t( f# n8 ] y
日期:2011/08/26 字体:【大】【中】【小】/ B& n& Z( V1 b# h
航天飞机在返回地面时主要靠机翼产生升力,这与飞机在飞行中产生升力的原理是一样的。可是神舟号飞船的返回舱并没有“翼”,它又是靠什么产生升力的呢?
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/ ^; a, Y( \- d8 [7 ` 飞船的返回舱是一头大、一头小的钟形外形。
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返回舱返回地面时是采取大头朝前飞的姿态。为了使神舟号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δ的距离(下图),同时将质心配置在返回舱气动力中心之前的一定位置。
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返回舱以配平攻角飞行时的气动力和航天员位置图
" c1 l/ o# C$ d( Z5 k7 p, W1 k V——飞行速度;R——气动力合力;L和D——升力和阻力; + h1 G' k' \+ X' `8 J" E
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N和T——法向力和轴向力;M——气动力矩;atr——配平攻角;
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4 z3 m( D7 v9 M Φ——气动力合力与人背的夹角;Ψ——气动力合力与返回舱纵轴的夹角;
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0 r6 E; I8 u3 H- N δ——质心偏离纵轴的距离;Xa,Xg——气动力中心和质心坐标
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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R,而没有力矩(即力矩为零),这个点就叫气动力中心。设返回舱的飞行速度为V,V和返回舱纵轴的夹角是α,称作攻角。如果在某一攻角αtr下产生的空气动力R正好在质心与气动力中心的连线的延长线方向,那么作用在返回舱上的就只有空气动力R而没有空气动力力矩(气动力矩M=0),那么αtr就称为配平攻角。在此状态下,理论上不需要有作用在返回舱上的其他力矩,飞船就可以保证在配平攻角状态下飞行。空气动力R可以分解为沿速度V反方向的力D和垂直于V方向的力L,D被称为阻力,L被称为升力。图中的升力L是在纸面内的,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铅垂分量的大小和方向,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。
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