前几年哥伦比亚航天飞机爆炸的惨剧发生时,痛心之余也仔细思考了一下,就有了这个想法,因为个人的知识结构不足以确定是否可行,也不知道去问谁,所以一直没有说过,今天为了成为论坛会员,简单说一下,请大家给点意见:
宇宙飞行器返回大气层时,都是采用变轨发动机改变速度方向,使飞行器以一定角度进入大气层,依靠大气层与防热材料撞击的冲量减速,一旦防热材料出现问题,撞击和摩擦产生的高热会烧毁一切。
我的方案是飞船准备返回时,会开启一个类似降落伞的金属伞(或者能耐受几百度高温的合成材料),面积比飞船底部的防热材料大很多,因为在高空也存在及其稀薄的气体,与伞面撞击后会使飞船减速导致向心力把飞船拉向一个螺旋轨道,缓慢降低轨道高度。因为伞可以承受几百度高温,当气体与伞面撞击时产生的热量,会以辐射形式扩散到宇宙空间。当飞船降低到100公里左右高度时,大气密度更大,增加了撞击冲量,使飞船减速的加速度增大,如果不做操作,飞船会以更大的螺旋快速进入相对更稠密的大气层,伞面上会承受巨大的冲量导致伞面撕裂或者缆绳断裂。此时改变伞面的气动外形,使伞面增加一个垂直于地球向上的升力,平衡地球重力,使飞船仍然以微螺旋轨道继续减速和降低轨道高度。飞船的速度会持续降低,释放巨大的动能,一直降低到安全速度,预计以50M/S以下的速度缓慢落回地面,再开启主伞,即使主伞故障未能开启,宇航员仍有生还可能,例如增加反推火箭的总冲量,或者宇航员出仓跳伞。
此方案的优势:1、如果有必要,视情况从飞船向伞内注入较重的惰性气体,使金属伞象一个大容器,稀薄气体并非直接撞击到伞面,而是通过容器中的气体时被急剧减速,即使到达伞面,速度也极低,与伞面没有直接撞击带来的强对流传热和动能传递使分子形变产生的高热,只有容器里的气体与伞面传导和微对流传热,保证伞面的温度以维持足够的强度。
2、飞船轨道高度越高,此方案优势越明显,例如以400公里轨道高度为例,直接变轨进入大气层的飞船,在进入大气层之前,由于重力势能,飞船总动能增加超过十分之一,而且还要很强的变轨发动机,否则角度不够会被大气“弹”出去。
3、飞船的整个返回过程,都是以较低的加速度完成,不象现在的宇宙飞船,返回时的角度要严格计算,否则会使加速度超过人体极限,即使这样也会使宇航员超重,失去正常的思维和判断能力,难以应变更复杂的问题。
4、增加了安全系数,即使万一在进入稠密大气层时伞被毁坏,也仍然可以继续使用传统方式降落,而此时的动能已经降低了超过十分之一,不会超过第一宇宙速,什么角度也不会被弹出大气层,度安全系数还是比以前更高了。
只是个构想,可能有很多不成熟的地方,请各位拍砖吧