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中美俄“跳躍式再入”水平誰最高?(圖)
送交者: 三把刀 2014年10月24日19:18:41 於 [軍事天地] 發送悄悄話



skip reentry“太空打水漂”有風險,但好處也是擺明在那裡。。。

為什麼要採用“跳躍式再入”方式?


普通衛星只是圍繞地球旋轉,速度達到第一宇宙速度(約為每秒7.9公里), 這個速度一次重入地面調節角度可以控制過載在4個g以下,搞skip reentry“太空打水漂”是沒有什麼必要的。 我們的神舟飛船第一宇宙速度再入過載峰值好像4個g左右,航天飛機再入過載峰值不到2.5個g,據報道X-37B第二次再入返回過載不超過1.5個g。 但是, 從月球返回地球軌道的過程,速度越來越快,再入返回大氣層時的速度已接近第二宇宙速度(每秒11.2公里)。  如果直接採用“彈道式再入”,返回艙的再入迎角過大,會導致高過載,和高熱流。不僅對返回艙的結構強度和防熱層提出更高要求,更超出了人類的過載承受能力(前蘇聯“探測器”5號的返回艙再入過載高達16個g,而人在地面上只承受1個g的重力加速度)。 如果採用半升力式彈道再入峰值能降到八九個g,如阿波羅飛船返回。  中國嫦娥五號採用“跳躍式再入”的方式返回地面有望把過載控制在四五個g。 




歷史上有誰用過跳躍式再入?


蘇聯“探測器”5號沒有, zond-6打算用雖然最後摔了下去失敗告終。 zond7和zond8 用上了蘇聯是第一個成功的國家, zond7跳躍式再入過程有9000km的航程。  美國在apollo 11也玩過一手再入過程有2800比原計劃多了400公里,由於老美的apollo沒有脫離大氣根本就沒有第二次重入,不算是跳躍式再入。  在重入大氣的過程飛行器無法和地面聯繫全靠電腦計算,那個年代的移動電腦速度只有現在手機速度的萬分之一,蘇聯“探測器”落地準點差離預計的近20公里, 中國的嫦娥五號有什麼驚喜就要耐心等待。  




在網路找到兩位大神有更深刻的了解,看看他們怎麼說。


 多半是因為降落地點緯度比較高的緣故,跟蘇聯有些類似,skip reentry的一個主要好處是可以實現比較遠的下降距離,這對於中蘇來說意義比較大,因為這倆國家海洋勢力範圍不大,而繞月返回一般的進入點在地球月亮的對徑點附近,所以要落到高緯度地區需要比較長的下降軌跡。但是這種返回方式的風險比較高,蘇聯的zond失敗了若干次,直接導致了蘇聯人失去信心沒有最後先把人送上月球去。美國相對來說海洋勢力範圍廣,所以沒有採取冒險的方式把阿波羅送回本土,而是基本選擇了掉在低緯度的海里。不過在apollo初期階段美國充分研究了打水漂的再入方式,apollo 11號的再入算法被學術界研究的比較透徹,實際上11號的算法里有重新返回大氣層的選項,但是在實際下降中沒有採用(可能是NASA覺得沒必要,長距離的降落也許是為了避免可能比較差的天氣的預備方案)。11號採取了一個折衷的下降方式,即先降下去,然後爬升,糾正姿態,然後再掉下去,但是沒有離開大氣層。因為如果直接採取彈道式下降的話,對進入角要求太高,美國人擔心當時的計算機速度慢,控制跟不上,所以採取了這麼個折衷的方式,讓11號在爬升階段進行姿態控制準備第二階段下降,也就是在這個時候最終降落地點才被決定。 
 

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zond6最後失壓,zond7蘇聯人宣稱28km,但是N1改過來的zond後幾發可是2噸多的東西哦哈哈。 
  
apollo 11的制導律我只想指出一點,所謂的最後double dip方式不是因為折衷,而是因為apollo系列如果執行skip reentry再入其制導律無法適應,尤其是hunest段制導律有缺陷,短航程下能保證安全散布。90年代開始cev研究背景前期即使使用預測方法替代hunest甚至整段初次再入制導律,發現仍然需要較大改進才能勉強實現超過8000公里航程下的可接受落點散布。 
  
目前cev或者mpcv都沒有飛行檢驗,也就是說: 
1 美國人沒有實現過哪怕一次的skip reentry,apollo較高的落點精度都是3000km航程下double dip或者low loft形態實現的,雖然了不起,但是要說這上面丫掌握了,不是搞笑麼? 
  
2 如果蘇聯人的飛行是真的的話,只能說明zond非常牛b,9000km的航程啊,0.2到0.22的升阻比(apollo 0.3x),在蘇聯要稍稍差於美國的測控能力(主要是測站覆蓋能力)上來看,蘇聯人是可以說掌握了skip reentry的,但要說完全掌握,從有限的三次執行skip reentry任務來看,zond6畢竟失壓墜毀,zond7成功,zond8一說失敗一說演練降軌再入成功。怎麼說都不能算完全掌握了吧? 
  
3 就是這樣,兔子的這個小試驗器不知道大概飛行航程多遠,跳起多高,其升阻比看外形是縮比神舟來說肯定也就0.2多不了多少,重量也就是百kg量級,即使技術進步,氣動制導防熱都得自己走一輪,而且一上來技術難度就比zond要大,何況還有兔子孱弱的測控,要是成功了,至少比美國人強,呵呵。技術驗證是有很大意義的。 
  
最後呢,總結下: 
1,蘇聯人最nb,zond成功了1 次,真正的skip reentry,精度還號稱超過了leo返回的聯盟,航程9000,cev扭扭捏捏21世紀了提了個10000,還是紙面上,apollo制導律根本適應不了真正的skip reentry,多篇報告慘烈的超過7000km航程下直接使用apollo制導律或者簡單替換hunest段制導律後優化的制導律仿真結果明示了此點。 
  
2 兔子搞這個,有神舟基礎但步子邁得大,如果成功,意義非凡。我呢還是認為成功的話能說明很大問題的,也能當一個技術標杆的。 
  
3 skip reentry這個姑娘,不是你說想搞就能搞,你說搞過就搞過的,嗯,沒那麼廉價。至於你說如果精度不能咋樣,那就咋樣,我只想說,這得cev成了,羅斯飛船也來個skip reentry成了並滿足設計紙面指標5km(apollo 11開傘如果記的不錯是4km以內),並且全面超越apollo11到17,zond7的28以後,再來隨便說兔子走老路都走不好才行。 
  

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