可膨胀再入防热锥的技术进展

长期以来返回式飞行器为承受再入气动载荷和着陆冲击，采用具有防热层的刚性飞行器壳体，导致返回舱的质量和外形大于有效载荷的数倍。柔性可膨胀再入防热锥可解决上述不足之处，这种锥形返回舱在返回前进行充气改变其气动特性，使在返回过程中达到所需的气动参数和最终着陆速度，可膨胀再入防热锥技术能使有效载荷舱获得广泛用途，不但能使航天员，货物和昂贵的硬件安全返回地面，还能在载人飞行遇险时作为应急救生的有效措施，以及在未来火星探测中发挥积极作用。     

类Clipper再入返回飞行器气动特性分析

针对类Clipper再入返回飞行器的气动特性,采用近似反设计的方法,在飞行器外包络等约束条件下,通过形状控制函数,计算出类Clipper飞船的气动外形。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,研究分析类Clipper再入返回飞行器在不同高度、不同马赫数和不同攻角下的全空域/速域气动特性变化规律,并结合不同飞行状态下的压心位置探讨飞行器的稳定性。结果表明:类Clipper再入返回飞行器在不同飞行状态下能够具有良好的气动特性,最大升阻比可达1.1以上,属于中等升阻比再入,总体呈现出良好的静稳定性,可在未来作为具有可重复使用再入返回飞行器的方案之一。     

充气式再入减速器研究最新进展

随着载人航天事业和行星探索任务的不断发展,再入返回运载工具受到运载火箭整流罩的大小限制越来越明显。针对降低返回系统重量以增加有效载荷的日益需求,一种新型充气式再入减速器成为国际上研究的热点。它具有易折叠包装、重量轻、展开阻力面积大,再入时弹道系数低和产生的气动热量小等明显优点,为航天员应急返回、深空探测以及有效载荷的回收提供了一种新的技术途径。重点对堆叠圆环型、单充气环薄膜型和双层锥形充气囊型等三种充气式再入减速器在结构设计、飞行测试、材料防热研究、气动特性仿真分析等方面的最近研究进展进行总述,并对充气式再入减速器的关键科学问题进行简要总结。     

中国载人航天技术的历史性跨越

论述了发展载人航天工程对于增强综合国力和民族凝聚力、充分利用空间环境资源、明显降低空间飞行器的成本和风险、促进科技进步和高技术产业发展的重要意义;还论述了飞船研制返回再入升力控制技术、环境控制与生命保障技术、仪表与照明技术、人工运动控制技术、着陆缓冲技术、应急救生技术、回收着陆技术、再入防热技术取得的重大科技创新成果。     

中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程。文章应用该模型对典型新一代载人飞船返回舱气动热环境下的传热特性进行了分析,提出了防热烧蚀层内侧铝蜂窝板表面包覆多层隔热材料、增强舱外设备与返回舱壁热耦合、降低设备表面红外发射率等返回舱热控优化设计措施。热控优化措施应用于中国新一代载人飞船试验船,并通过首次在轨飞行验证,在近第二宇宙速度返回气动热环境下,返回舱结构、空气、设备等各项温度指标均满足指标要求,验证了返回舱热控设计的合理性。研究结果可为返回式航天器热控系统设计提供参考。     

载人飞船返回舱再入着陆力学环境防护技术改进

文章对弹道-升力式载人飞船返回舱再入着陆力学环境及其乘员和舱载仪器设备的防护措施进行了理论分析和试验研究。适当的返回舱座椅安装角度有利于乘员承受再入过载。座椅缓冲系统是吸收着陆冲击能量、保护乘员最重要的环节,发挥返回舱结构缓冲吸能作用也是改善着陆冲击环境的有效措施。合理设计返回舱设备布局和安装形式可保护舱载设备免受着陆冲击损坏。防护措施的改进可有效保护乘员免受伤害,保证舱载仪器设备正常工作。     

多体回收小型返回舱

把有些航天器(如空间站和侦察卫星等)上的物品返回地面,有两种方法可选用:一种是搭载天地往返运输系统返回,另一种是利用航天器上设置的专用返回舱返回。TAURUS和FAST是德国在80年代末设想的两种多体回收小型返回舱。它们预先装在空间站的贮存库中,需要时即可携带待返物品离开空间站、再入大气层并返回地面。文中主要介绍TAURUS返回舱的运行程序及主要构件(有效载荷舱、弹射装置及辅助设施等)。     

充气式再入航天器结构参数优化及防热试验工程方法

用工程算法对充气式再入航天器的全展开半径,半锥角,刚性头锥半径与全展开半径之比三个方面的参数进行了优化计算,获得同时满足航天器质量,刚性头锥及柔性防热系统温度约束条件的充气式再入航天器的设计方案,计算得到了优化设计方案整个再入过程的外热流密度和温度变化规律,并且通过与文献中数据对比,验证了文中工程算法的正确性。针对再入过程的外热流密度和温度条件,参考充气式再入返回试验(Inflatable Reentry Vehicle Experiment,IRVE)典型防热材料,设计不同的柔性防热系统结构试验件。最后,通过热冲击试验,得到了各试验件冷端的温度响应,验证了各试验件在再入温度条件下防热性能。文章提出的柔性防热系统结构的改进方向,可为充气式再入航天器的设计分析提供参考。     

再人飞行器优化气动布局研究

本文研究了再入飞行器的优化气动布局问题，提出了单目标和多目标优化设计方法，通过研究分析，指出了具有高机动性能的带翼机动再入飞行器，弯体机动再入飞行器及带翼锥柱裙机动再入飞行器等再入飞行器的几何数变化规律，该研究对这类再入飞行器的气动布局选型有重要的参考价值。     

一种两级减速再入返回系统优化设计

针对未来天体大质量取样返回需求,为了降低再入返回过程的热流密度和温度,避免降落伞被开伞时产生过大的载荷破坏,提高减速系统的工作效率,文章提出了充气锥+降落伞两级减速再入返回系统。首先,对不同取样返回方案的钝头半径进行总热流密度的优化设计;然后,获取了各方案中充气减速段驻点的热流密度、温度变化,降落伞收口、全展开开伞载荷和着陆速度;最后,根据返回舱质量与尺寸的关系,对取样质量进行估算。当返回舱的质量为6～8 t时,各方案驻点最大热流密度范围为3.35～11.4 MW/m~2,降落伞的最小收口充满载荷为77.1 kN,最小全展开充满载荷为159.9 kN。两级减速再入返回系统的样品舱质量可达3000～6000 kg。文章的研究结果,可为后续深空探测取样返回回收系统设计提供参考。     

降落伞缩距软着陆技术的研究及其进展

降落伞缩距软着陆技术是过去十多年中，美国在研的一种先进的缓冲减速技术。该技术通过在货物即将触地之前强力收缩货物吊带，产生较高拉力，使货物（回收物，空投物）和降落伞间距缩短，随之使货物减速，实现软着陆。经过近十多年研究，出现了几种典型的缩距器设计，包括活塞一滑轮缩距器，马达一绞盘缩距器，以及气动肌缩距器。目前的研究集中在空投应用方面，空投质量从验证概念时的几十千克，逐步发展到9100kg，并实现了快速装卸。作为气动减速的一种先进技术，降落伞缩距软着陆技术对于航天器回收与着陆系统的研究有着借鉴和参考价值，并具有潜在的应用可能。文章对降落伞缩距软着陆技术的研完发展概况以及几种典型设计进行了介绍。     

降落伞缩距软着陆技术的研究及其进展

降落伞缩距软着陆技术是过去十多年中,美国在研的一种先进的缓冲减速技术。该技术通过在货物即将触地之前强力收缩货物吊带,产生较高拉力,使货物(回收物,空投物)和降落伞间距缩短,随之使货物减速,实现软着陆。经过近十多年研究,出现了几种典型的缩距器设计,包括活塞-滑轮缩距器,马达-绞盘缩距器,以及气动肌缩距器。目前的研究集中在空投应用方面,空投质量从验证概念时的几十千克,逐步发展到9100kg,并实现了快速装卸。作为气动减速的一种先进技术,降落伞缩距软着陆技术对于航天器回收与着陆系统的研究有着借鉴和参考价值,并具有潜在的应用可能。文章对降落伞缩距软着陆技术的研究发展概况以及几种典型设计进行了介绍。     

燃气收缩式作动器--一种新颖高效的着陆缓冲装置

文章介绍一种新颖的着陆缓冲装置——燃气收缩式作动器。可是在回收物体乘降落伞着陆前,通过回收物体快速向上（向降落伞方向）提升,抵消物伞系统的垂直下降速度,从而达到回收物体以很小的速度着陆,实现回收物体的软着陆。     

火星着陆器抛背罩分离体气动特性

为便于火星着陆器抛背罩安全性仿真，针对火星着陆器简化外形开展了背罩分离的定常数值计算，分析了着陆平台与背罩之间的气动效应，获得了着陆平台与背罩的轴向力系数随分离间距的变化规律。结果表明：初始分离瞬间，由于着陆平台嵌入背罩内部，它们之间的压力接近驻点压力，随着分离间距的增加，背罩与着陆平台之间的压力逐渐由接近驻点压力慢慢过渡到接近底部绕流压力，至分离间距为0.1倍大底直径后，背罩一直处于着陆平台的底部绕流区。分离间距为0~0.06倍大底直径时，背罩的轴向力系数大于着陆平台，容易分离；分离间距为0.06~6倍大底直径时，着陆平台的轴向力系数大于背罩，存在分离后重新结合并发生碰撞的危险，且在分离间距为1倍大底直径时，着陆平台与背罩之间由于回流作用而产生的吸力达到峰值，此时发生碰撞的危险系数最大；分离间距超过6倍大底直径后，背罩的轴向力系数再次超越着陆平台，可以确保抛背罩安全分离。     

典型采样返回探测器的进入减速着陆系统分析

通过对典型的采样返回探测器（星尘号和起源号）的研究分析,总结归纳了采样返回探测器进入减速着陆系统的特点,特别是对探测器的气动外形布局、返回轨道设计、防热材料选择、降落伞系统设计等进行了分析,可以为下一步开展月球采样返回任务提供一定的参考。     

火星着陆关键环节多学科交叉设计与验证

针对火星着陆任务在飞行环境、地面验证、系统间关联性等方面面临的技术挑战,根据火星着陆关键环节涉及的气动减速、降落伞减速、动力下降和着陆缓冲四个主要阶段,分别分析了大气进入方式、进入初始条件、气动外形、防热、开伞控制、大底弹射、背罩规避机动与触火关机等关键要素,并介绍了天问一号与其他典型火星着陆任务开展的多学科交叉设计过...     

An Effective Algorithm of Aerodynamic Control over Spacecraft Descent

An algorithm of aerodynamic control is suggested for the descent of a spacecraft with a small lift-to-drag ratio into a predetermined region of space. The algorithm provides for an oriented descent with accepted accuracy for a subsequent operation of the landing control system. It needs less computing in comparison with traditional algorithms due to reduction of the initial nonlinear boundary value problem to the Cauchy problem.     

“火星科学实验室”EDL方案及其新技术分析

"火星科学实验室"进入、下降与着陆(EDL)技术代表了目前已步入应用阶段的火星探测的最新技术。在分析该方案基础上,对其所应用的升力式进入及进入制导控制技术、基于马赫数的开伞控制技术、"矢量点乘"控制的防热罩分离技术、基于"空中吊车"的动力下降与着陆缓冲技术和"空中吊车"飞离控制技术等进行了分析,可为火星探测研究提供一定的借鉴和参考。     

火星探测器着陆技术

火星着陆技术是火星探测的关键技术之一。由于火星环境与地球有很大不同,要实现火星探测的软着陆仍具有非常大的挑战性。介绍了各种火星着陆技术方案,对气动减速、控制和着陆缓冲等关键技术进行了分析。     

垂直回收火箭可伸缩着陆腿展开的动力学仿真分析

可伸缩着陆腿是实现运载火箭垂直回收的有效途径。相比于着陆过程，火箭着陆腿展开过程涉及的动力学问题更值得特别关注。根据多体动力学方法建立可伸缩着陆腿的虚拟样机模型，针对展开过程开展仿真分析，研究了支腿结构柔性、腿节滑移摩擦力、气动罩气动力及过载等因素对展开时长和展开到位角速度两个关键展开特性指标的影响。结果表明，结构柔性对展开特性影响可忽略，过载对展开特性的影响最大，其次是气动罩气动力和腿节摩擦力。相关研究结果可为用于火箭垂直回收的可伸缩式着陆腿设计提供参考。