返回原理

return principle返回器实现返回所依据的最基本的规律。在地球引力作用球内，返回器在太空轨道上的运动主要由地球引力决定。改变返回器的运动速度可以使它脱离原来的运行轨道转入另一条轨道运行。若速度的变化使返回器转入一条飞向地面并能以一定的再入角再入地球稠密大气层的返回轨道，就有可能实现返回。因此，一般来讲，返回器是应用变轨原理迈出返航的第一步。返回器再入地球稠密大气层飞行过程中受到空气阻力（D）的作用。空气阻力的方向与返回器相对于大气的飞行速度（V，在假定大气相对地球静止的条件下即为返回器相对于地球的速度）的方向相反，其大小与地球大气密度（ρ）、相对速度的平方（V2）以及表示返回器形状特征的阻力面积（CDA，即阻力系数CD乘以特征面积A）成正比，具体为D=1/2ρV 2CDA地球稠密大气层中的大气密度虽然不大，但如果返回器有足够大的阻力面积，气动阻力所产生的减速仍足以使其相对于地球的速度大大减小。至今，返回器都是利用地球稠密大气层这一天然条件，应用气动减速原理来实现在地面安全着陆。大气减速会使返回器内人员和设备受到制动过载的作用。保证制动过载不超过人体或设备所能耐受的限度，也是实现返回的必要条件。大气减速还会使返回器受到加热。当返回器以极高的速度穿过稠密大气层时，由于对前方空气的猛烈压缩并与之摩擦，返回器的速度急剧减小，它的一部分动能转变为周围空气的热能。这部分热能又以对流和辐射传热的方式部分地传给返回器，使它表面的温度急剧升高，形成气动加热。通过返回器气动外形设计、再入方式选择和返回轨道控制，可以对返回器在再入稠密大气层过程中的制动过载加以限制并对能量转换加以管理。再通过返回器防热结构设计，可使返回器在严酷的再入环境中保持一定的结构外形，并保护舱内乘员和设备不致受到过热的损害。 （撰写：李惠康 审订：李大耀）