飞船返回舱着陆前的落体阶段，为什么能够较大面积一端在前？

Question

如题所述

Answer 1

首先，飞船返回舱的设计目标是大头朝前。




飞船以高超音速（第一宇宙速度相当于25倍音速）再入大气层时压缩前面的空气产生激波，会把空气加热到极高的温度。与一般的常识不同，热量主要来自激波压缩而不是摩擦。如果飞船前面是钝头，产生的弓形激波和绕流有助于分散热流量和增加空气阻力降低速度。正面热流率较高可以用一块防热大底集中保护起来，侧面的舷窗和背面的对接口等脆弱部分在热流率较低的位置比较好办。




仔细看问题原图里的两层发光部分，前面一层是激波、后面一层和尾迹是绕流气流。激波和飞船表面保持一段距离，中间形成一个类似“气垫”的高温低速气流区域。高温低速相对于高温高速已经好对付一些了，这一部分由防热大底保护。由于飞船正面和侧面衔接处形成一个拐角，来自正面的高温的绕流气流在这里从飞船表面分离形成尾迹，进一步避免了飞船侧面直接受热。

导弹弹头相反，为了避免空气阻力影响精度，再入大气层时尖头朝前。尖端紧贴激波表面受热集中，并且保持较高的速度进入稠密大气层，对防热材料要求高的多。

然后，飞行物体的重心要在焦点（气动力中心）之前才能保证姿态稳定性。对于返回舱，为了保证以大头朝前的姿态稳定飞行，重心要接近底部。重心位置可以通过舱内物体的摆放布局来设定。




前几年联盟号有一次险性事故，返回舱和推进舱没有分离导致重心位置不对，一起在错误的姿态下倒着再入大气层，对接口烧到冒烟差一点烧穿。最后返回舱和推进舱连接的结构先被烧断，飞船在高超音速状态下翻过来稳定在正确的姿态成功着陆。宇航员生命无碍，但是在不正常的体位下受到了10个G左右的加速度冲击，其中搭车的韩国宇航员伤了腰直接退役了。