返回式

返回式，指的是在離開行星大氣層進入宇宙空間後能安全返回到行星表面的一類太空飛行器，通常用來運輸設備和人員。

基本介紹

• 中文名：返回式
• 通常：用來運輸設備和人員
• 屬於：太空飛行器的名字
• 目的：安全可控地回到地面

簡介

返回式是太空飛行器的名字。太空梭、神舟飛船的返回艙和隼鳥號的樣品艙便屬於該類。它們備有特殊的設計來避免在返回過程中因高速、摩擦、高溫和振動等問題危及載荷的安全。

原理

人造或者自然物體從宇宙空間進入天體的大氣層的過程被稱作進入大氣層（Atmospheric entry），在地球的場合指的是從宇宙空間一側越過海拔為100km的卡門線的過程。從地面發射後離開大氣層的人造航天載具重新進入大氣層的過程被稱作返回大氣層（Atmospheric reentry）或再進入（reentry）。返回大氣層根據其目的和過程被分為以下類型：

目的（原因）	過程是否可控	是否破壞性
把太空飛行器安全降落到行星表面	是	否
洲際彈道飛彈的彈道飛行後半程	是	否
人為消滅太空飛行器或太空垃圾	否，或任由其軌道自然衰減	是
因空間碰撞等意外而導致的返回	否	是

返回式太空飛行器的設計以安全可控地回到地面為目的。由於在目前的技術條件下返回大氣層時太空飛行器的速度極高，因此非破壞性返回的過程一般需要有特殊的措施來保護太空飛行器避免受到氣動力加熱和震動、衝擊等損害。由於載人航天一定有航天員返回地面的過程，因此這一過程也成為載人航天中風險較高的環節之一。

歷史

這種雙層隔熱板概念在1920年由羅伯特·戈達德提出，他說:"流星進入大氣層的速度高達每秒30英里，但內部依然寒冷. 因此, 假如再返回物的表面覆蓋一層抗高溫(不易變質及難熔解)的物質後再用一層不太會導熱的耐高溫物質,這樣物體表面就不會受到太多的侵蝕"(節錄)

而第一次實際套用到此系統是在洲際彈道飛彈的再入速度增加所導致的摩擦熱。早期的彈道飛彈，如V2火箭，並沒有此問題。而中程彈道飛彈，如蘇聯的R-5(有1200km)的射程，就需要陶瓷複合材料來保護。首個洲際彈道飛彈 (ICBM)(射程達8000至12000km)，則已正式進入了現代保護材料的時代。在美國，這技術是由H. Julian Allen再Ames Research率先開發。而蘇聯的Yuri A. Dunaev也曾在列寧格勒物理技術研究所開發類似的技術。

飛行器的形狀

鈍形飛行器

在美國的H. Julian Allen一夥人在1951年發現了鈍形(high drag)隔熱板。而從原理中顯示，鈍形隔熱板效率最佳，因為返回式太空飛行器的摩擦熱與阻力係數成反對，即阻力愈大，熱負荷愈低。艾倫和埃格斯的發現，最初被視為軍事秘密，但於1958年出版。鈍形理論的設計成為可行的隔熱板，都體現在水星、雙子星和阿波羅太空艙，使太空人返回火熱的地球大氣層時仍生存。蘇聯的R-7洲際彈道飛彈於1957年使用尖鼻的彈頭成功首次試射，但擊中目標區10公里以外，因而改為鈍鼻的彈頭。蘇聯的隔熱層由多層玻璃纖維與石棉textolite 組成。