载人飞船返回舱的飞行动力学特性与分析（上）

论述了载人飞船返回舱的飞行动力学之特点是其主要研究内容，以一种典型的载人飞船返回舱之构型作为实例，说明返回舱沿其再入轨道飞行时一些特征参数的变化规律，较为详细地分析了返回舱的气动特性、质量特性、旋转角速度、再入角、再入速度以及地转风对其再入轨道运动特性的影响，由此所得到的一些普遍规律，对当今世界上普遍采用的钝头轴对称旋成体外形的载人飞船返回舱之气动外形设计、结构设计、舱载设备／乘员的安装、控制规律     

登月飞船两次再入时的基准轨道设计

对登月飞船在指定轨道终点及多约束条件下两次再入轨道的优化设计进行了研究。根据多次再入法原理,基于设定的基本参数,给出了轨道设计的流程,仿真计算了二次再入点、弹出点、第一次再入点的参数,以及整体轨道。结果表明该方法可行,可为飞船高速度、多目标约束及高精度落点要求的再入轨道初步设计提供参考。     

美国航天飞机防热系统简介

美国航天飞机需要多次反复出入地球大气层，在其上升、入轨和再入的飞行过程中要经受严重的热、振动、噪声和冲击等复杂环境的影响，其中最苛刻的飞行条件是从轨道上以高超音速再入大气层时强烈的气动加热，因此需要采用防热系统对机体结构加以保护，防止它因高温而被烧毁。航天飞机再入气动加热环境的确定是防热系统设计的基础。     

欧洲再入大气层试验飞行器

欧洲再入大气层试验飞行器是简单的不载人座舱式飞行器。它将随“阿里安5”火箭的第二次鉴定飞行发射升空。这是欧洲载人航天计划中的重要一步,旨在试验航天器返回地面的全套回收技术、获取在再入大气层阶段的各种参数,为正式设计载人飞船提供依据。文中对这种试验飞行器的总体及试验测量技术作了简要介绍。     

载人飞船—一种多用途的航天器

载人飞船是一种能保障少量航天员在太空轨道上生活和工作、且能使航天员座舱以弹道式或弹道－升力式再入路径安全返回地面的航天器。它在太空轨道上独立飞行的时间不长（一般几天到十几天），内部容积较小（几立方米），乘员不多（一般１～３名），只能一次性使用（可重复使用的载人飞船尚处于概念研究阶段）。按运动范围，载人飞船分为卫星式载人飞船和登月飞船，今后还可能出现登火星的载人飞船。在迄今已出现过的载人飞船中，除一种型号曾用于载人登月外，其它型号的飞船都是往返地球表面和近地轨道的卫星式载人飞船。载人飞船是出现最早…     

欧洲再入大气层试验飞行器

欧洲再入大气层试验飞行器是简单的不载人座舱式飞行器。它将随“阿里安５”火箭的第二次鉴定飞行发射升空。这是欧洲载作 的重要一步，旨在试验航天器返回地面的全套回收技术，获取在再入大气导阶段的各种参数，为正式设计载人飞船提供依据。文中对这种试验飞行器的总体及试验测量技术作了简要介绍。     

"神舟"4号顺利飞天,载人航天指日可待

本刊综合报道２００２年１２月３０日０时４０分，对我国全面掌握和突破载人航天技术具有重要意义的“神舟”４号飞船，在中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场，由“长征”２号F火箭托举升空。火箭起飞十几分钟后，飞船成功进入预定轨道。“神舟”４号飞船的成功发射标志着我国载人航天事业取得新的进展，向实现载人飞行又迈出重要一步。这是我国载人航天工程的第４次飞行试验，也是在无人状态下考核最全面的一次飞行。这次试验将全面实现和验证各项载人飞行的功能和性能。按照研制计划，我国要发射若干艘无人飞船，然后实施载人飞行。这次…     

登月返回地球再入轨迹的优化设计

针对登月飞船返回地球,其再入速度为108km/s,返回舱的气动加热问题大幅度上升（相对再入速度为78km/s）。给出了多个不同条件下的最优返回再入飞行轨迹设计方案：(1) 二次再入飞行方案;(2) 单次再入飞行方案;(3) 多次再入飞行方案。二次再入飞行方案优于单次再入飞行方案,因为前者可使热防护系统质量下降,具体体现在气动加热上,并容易工程实现。气动加热环境的结果如下：二次再入的最大气动热流密度<单次再入的最大气动热流密度,并且,单次再入的总气动加热量>二次再入的总气动加热量。
     

载人飞船再入轨道和制导规律设计及六自由度弹道仿真

载人飞船再入轨道和再入制导规律设计是载人飞船成功返回的关键技术。文章综合介绍再入轨道设计方法，用变υ（t）来满足轨道设计的要求；研究了再入纵向制导纵向制导和侧向制导，用极大值原理确定纵向制导反馈增益系数，引入“漏斗式”的侧向制导，其制导效果良好；利用转移矩阵进行姿态控制可以解决欧拉角交边和奇异问题；对载人飞船返回再入段GNC一体化设计提出了迭代方法。     

载入飞船再入轨道和制导规律设计及六自由度弹道仿真

载人飞船再入轨道和再入制导规律设计是载人飞船成功返回的关键技术.文章综合介绍再入轨道设计方法,用变ν(t)来满足轨道设计的要求;研究了再入纵向制导和侧向制导,用极大值原理确定纵向制导反馈增益系数,引入"漏斗式"的侧向制导,其制导效果良好;利用转移矩阵进行姿态控制可以解决欧拉角交连和奇异问题;对载人飞船返回再入段GNC一体化设计提出了迭代方法.     

航天员舱外相对航天器运动轨迹摄动研究

用轨道根数描述载人航天器运动,在其轨道坐标系(LVLH)中,建立了含地球J2项引力和大气阻力摄动加速度的航天员质心相对航天器的运动模型。在参考轨道存在小偏心率时,对基于圆参考轨道假设推导的航天器编队飞行的线性时变系统状态矩阵进行了修正。仿真结果表明:对偏心率为0.002的航天器轨道,修正后模型所得航天员相对轨迹摄动量在离舱300 s后达到0.8%,是修正前模型的5倍,但计算量增加不超过5%,更适于航天员舱外飞行和近距离编队飞行建模。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

低地球轨道空间环境下航天器表面原子氧通量密度和积分通量分布的数值模拟

基于蒙特卡罗方法和区域分解法,建立低地球轨道空间环境航天器表面原子氧通量密度和积分通量的数学模型。模型考虑了航天器表面几何构型、原子氧数密度和分析热运动、地球自转对航天器速度的影响以及轨道运行参数。通量密度分布的求解是通过其微分方程的对于独立变量分子运动速度和与表面速度矢量合成的积分得到,积分通量是通过沿轨道时间积分来实现。与此同时,得到了沿入射攻角变化原子氧分布的最大值和最小值。计算结果表明:通量分布伴随入射攻角增大而急剧下降,在迎风面达到最大值,背风面最小值。入射攻角是影响分布计算结果的重要因素。计算误差与NASA-LDEF飞行试验实验结果吻合较好。     

载人登月飞行方案研究

根据载人登月任务有无地球轨道和月球轨道交会对接,将登月途径分为地球轨道交会-月球轨道交会、地球轨道交会-直接返回、地球轨道不交会-月球轨道交会,以及地球轨道不交会-月球轨道不交会四类,并对各自可能的演变登月方式进行了分析。对载人登月的质量规模及运载火箭需求进行了分析,讨论并比较了一次发射、基于环月轨道交会组装和基于近地轨道交会组装方案的时间窗口和登月方案,并给出了建议。研究可为我国载人登月任务方案选取提供参考。     

近地轨道大型航天器的环境充电

许多空间实验和电子计算机预测已经揭示，在极光电子环境中大型航天器的充电电位会高达６０００－－７０００Ｖ。对采用大功率太阳阵的航天器而言，其相对于空间等离子体的悬浮电位将因太阳阵工作电压的提高而增加。例如表面材料因遭受离子轰击和电弧放电而老化、剥蚀、由于材料再沉积而使表面污染增加以及航天器电子系统因静电放电而受到严重的干扰和破坏等。因而对载人航天和长寿命空间站而言，解决航天器带电问题不可等闲视之。对     

载人航天器在轨力学环境测量系统试验研究

为获取载人航天器上升段与在轨期间的力学环境,设计了在轨力学环境测量系统,并在载人航天器振动试验期间对其性能进行了测试,获取了航天器典型结构的力学环境数据并进行了频谱分析。将该系统测量数据与试验中载人航天器平台测点的测量数据进行了比对,结果验证了该系统的有效性,为载人航天器载荷条件的制修订提供了参考。     

The overredundant spacecraft—A competitive approach to future telecommunication satellites

Present operational space telecommunication systems are based on simultaneous availability of more than one satellite on orbit, mainly a spare satellite in addition to the operational one.Considering the costs associated to the delivery of extra flight models and to extra launchers, the question is asked whether it would not be advantageous to launch a very limited number of “overredundant” spacecraft instead of several standard satellites.The paper gives main conditions of reliability, size and redundancy concept under which an “overredundant” spacecraft could be a competitive approach to future operational systems.     

载人航天器热控分系统噪声控制

随着载人航天器越来越复杂,热控分系统所用到的高速旋转设备越来越多,所产生的噪声将影响航天员的身体健康,因此载人航天器的噪声控制非常迫切。文章通过热控分系统的布局设计以及单机设备的降噪优化等措施,找到了有效降低整个载人航天器热控分系统噪声水平的方法,可供类似的载人航天项目的热控设计参考。     

Sсheme of rendezvous mission to lunar orbital station by spacecraft launched from Earth

In recent years, great experience has been accumulated in manned flight astronautics for rendezvous in near-Earth orbit. During flights of Apollo spacecraft with crews that landed on the surface of the Moon, the problem of docking a landing module launched from the Moon’s surface with the Apollo spacecraft’s command module in a circumlunar orbit was successfully solved. A return to the Moon declared by leading space agencies requires a scheme for rendezvous of a spacecraft launched from an earth-based cosmodromee with a lunar orbital station. This paper considers some ballistic schemes making it possible to solve this problem with minimum fuel expenditures.     

长时间累积检漏技术的可行性研究

随着载人航天器向大型化和长时间在轨的方向发展,现有总漏率测试方法的检漏灵敏度已经不能满足设计需求,通过延长总漏率测试时间提高灵敏度的方法亟需研究。文章从理论分析和试验验证两个方面研究了长时间累积检漏技术的可行性,为后续大型航天器检漏提供参考。