CN102658872A - 免防热可控减速伞 - Google Patents

Abstract

一种返回式航天器再入大气层的免防热可控减速伞装置，涉及返回式航天器的返回过程。本发明的免防热可控减速伞由减速伞和开伞机构、收放口机构组成。安装在返回式航天器的尾部，用大幅度增大返回式航天器阻力面积的方式来降低再入速度和再入温度，从而实现免防热再入的目的。

Description

免防热可控减速伞

技术领域

本发明属返回式航天器返回技术领域。涉及返回式航天器的返回过程。

背景技术

目前，所有返回式航天器在返回地球大气层的过程中，都会由于速度过高和大气发生强烈摩擦，而产生足以烧毁航天器的高温高热气流。为了不被烧毁，所有返回式航天器都安装了专门的防热系统——烧蚀防热系统或辐射防热系统。这就大大增加了返回式航天器的结构质量、技术难度和制造发射成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种能使返回式航天器在返回大气层的过程中，不产生高温高热气流的相关装置——免防热可控减速伞。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：在返回式航天器尾部，安装一个可以随时控制伞口开度大小的免防热可控减速伞。

免防热可控减速伞由减速伞和开伞机构、收放口机构组成。

开伞机构由结构在减速伞伞边处的一圈密封夹层气囊和贮气罐、减压稳压器、遥控气阀、输气软管组成。

收放口机构由固定在伞边密封夹层气囊外侧的穿绳小环、伞口收放绳、遥控微型电动绕线器组成。每个穿绳小环都装有一圈减小阻力用的小滚轮，穿绳小环的数量和在可控减速伞上的固定位置和可控减速伞的伞绳相同。根据返回式航天器再入大气层的阻力公式

S可知，在其他因素不变的情况下，再入速度υ²和返回式航天器的有效阻力面积S成反比关系。也就是说，在其他因素不变的情况下，有效阻力面积S增大多少倍，再入速度υ就减小多少倍的平方倍。又据常识知道(没有找到温度和速度的关系式)，在空气密度相同的情况下，速度越低和空气摩擦产生的热量就越少；产生的温度就越低。由于航天器的耐热温度比可控减速伞高的多，因此，当可控减速伞的有效面积增大到和空气摩擦产生的温度不能使可控减速伞损坏的程度，返回式航天器就可以不使用专门的防热系统，也能正常无损地穿过大气层。这就是免防热可控减速伞的工作原理。

根据免防热可控减速伞的工作原理可知，返回式航天器只要应用免防热可控减速伞，就能在再入大气层的过程中，不产生高温高热气流，因此，通常返回式航天器应用了本免防热可控减速伞后，就可以把以往专门用于防热的那部分结构质量，改为有效载荷(防热结构质量大约是返回式航天器质量的12％-20％)。这就大大提高了返回式航天器的有效运载能力。取消专用防热系统还能使返回式航天器的结构简化，进一步降低设计制造难度，和制造发射成本。

由于使用本发明的免防热可控减速伞的再入方式，摆脱了高温高热气流的困扰，因此，使返回式航天器的再入环境得到了实质性的改善；使再入的安全性和可靠性大大提高。

由于本发明的免防热可控减速伞，使返回式航天器的减速能力大大增强，因而使返回式航天器的返回航程和返回时间大为缩短。

由于本发明的免防热可控减速伞，对返回式航天器具有很强的减速作用，因而使返回式航天器完成减速过程的高度，比通常再入方式高得多，因此，又使返回式航天器的纵横向机动能力大为增加，尤其是有翼返回式航天器更为显著。

具体实施方式

可控减速伞由减速伞和开伞机构、收放口机构组成。

开伞机构由结构在可控减速伞伞边处的一圈密封夹层气囊和贮气罐、减压稳压器、遥控气阀、输气软管组成。

收放口机构由固定在伞边密封夹层气囊外侧的一圈穿绳小环，和伞口收放绳、遥控微型电动绕线器组成。穿绳小环上套有一圈减小阻力用的小滚轮。伞口收放绳从小环中央穿过，一端固定在伞边上，另一端固定在遥控微型电动绕线器的绕线轴上。遥控微型电动绕线器固定在伞边上。

当应用免防热可控减速伞的弹道返回式航天器离轨后，及时将免防热可控减速伞抛出，打开遥控气阀，让贮气罐中的压缩气体经减压稳压器、输气软管进入结构在可控减速伞伞边处的密封夹层气囊中，使夹层气囊胀鼓，沿伞边成圆环状，使可控减速伞随时处于开口迎风状态，只要空气密度稍有增加，就可以进入工作状态。当可控减速伞胀满进入工作状态后，把夹层气囊中的气放掉，恢复无气状态，以使可控减速伞在收口时没有阻碍。由于弹道返回式航天器不能产生升力，所以只能用控制伞口开度大小的方式来调节迎流面温度(即驻点温度)和制动过载值的大小。在再入大气层的过程中，要密切注视迎流面温度表和加速度表的变化。当温度低于规定值而制动过载又较大时，操作遥控微型电动绕线器，适当收线，将伞口开度减小些，当温度达到规定值时就要操作摇控微型电动绕线器放线将伞口适当开大些；严禁使迎流面温度超过规定值。如果迎流面温度和制动过载有冲突，首先要保证迎流面温度不超限。

当弹道式航天器下降到亚声速状态时，使用收放口机构把下降速度控制在100M/S左右；下降到距地面4KM的高度时，把可控减速伞的伞口开到最大，按常规方式着陆。

由于有翼返回式航天器在返回大气层的过程中能够产生足够的升力来调节返回轨道的高度，因此，在应用免防热可控减速伞的再入温度调节方式和应用免防热可控减速伞再入的弹道返回式航天器有较大的不同。

应用免防热可控减速伞再入的有翼返回式航天器大倾角离轨后(再入角大于30°)，及时将可控减速伞抛出，打开摇控气阀让贮气罐中的压缩气体，经减压稳压器、输气软管进入可控减速伞的密封夹层气囊中，使夹层气囊胀鼓，沿伞边成圆环状，可控减速伞胀满进入工作状态后，把气囊中的气放掉，恢复无气状态。密切注视迎流面温度表和加速度表的变化。当迎流面温度升高到规定值时，操作有翼返回式航天器的气动力舵或反作用装置立刻使有翼返回式航天器进入平飞状态；当迎流面温度开始下降时，再使有翼返回式航天器进入能保持迎流面规定温度不变的飞行路线(也叫等温减速轨道)，直到有翼返回式航天器的速度下降到2MA以下时，收回可控减速伞，进入常规返回程序，在指定的机场水平着陆。

Claims (3)

1.一种返回式航天器再入大气层的免防热可控减速伞装置，由减速伞和开伞机构、收放口机构组成；其特征在于，减速伞的伞边处装有开伞机构和收放口机构。

2.根据权利要求1所述的免防热可控减速伞装置，其特征在于开伞机构有结构在减速伞伞边处的一圈密封夹层气囊和贮气罐、减压稳压器、遥控气阀、输气软管组成。

3.根据权利要求1所述的免防热可控减速伞装置，其特征在于收放口机构由固定在伞边处的一圈套有减小阻力滚轮的穿绳小环、伞口收放绳和遥控微型电动绕线器组成；伞口收放绳从小环的中央穿过，一端固定在伞边上，另一端固定在遥控微型电动绕线器的绕线轴上；遥控微型电动绕线器固定在伞边上。