一次发射多次返回的充气式再入飞行器技术

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1、基础研究载人航天2011年第4期一次发射多次返回的充气式再入飞行器技术贺卫亮才晶晶汪龙芳张碧辉康甜(北京航空航天大学宇航学院)摘要一次发射多次返回的天地往返运输系统可以大幅度降低航天载荷返回的成本和提高航天器及其载荷返回的实时性．首先介绍一次发射多次返回的概念，分析国内外航天发展在返回实时性和经济性方面的需求，重点论述实现多次返回的核心技术——充气式再入飞行器技术，阐述了充气式再入飞行器在天地运输方面的应用前景，可供构建一次发射多次返回空间往返运输系统参考。关键词航天器再入与返回着陆充气结构分类号V423．42文献标

2、识码A文章编号1674—5825(2011)04-0037--061引言天地往返运输系统是实现天地之间人员和货物运输的途径。从目前天地往返的能力而言，发射的能力远远大于返回的能力，航天器的再入与返回过程一直是空间往返运输系统的技术瓶颈，无论是从运输的重量和成本，还是从运输的周期等方面，都制约着天地往返运输的能力。传统的天地往返运输系统的运行方式包括发射、在轨运行、返回等三个阶段。其中，发射阶段与返回阶段是一一对应的关系，也就是说，如果需要进行一次从空间的返回过程，那么就必然对应一次从地面到空间的发射过程。这样，天地往

3、返的经济成本和机会成本就会因发射成本的高昂和发射机会的有限而急剧增大，而且，由于发射过程受到准备时间、发射窗口等限制，天地往返的实时性无法保证。一次发射多次返回的天地往返系统就是要突破目前空间往返过程中发射与返回一一对应的关系，利用一次发射携带多个充气式再人飞行器，实现从轨道上多次返回，满足航天活动过程中快速返回、应急返回和机动返回的需求。充气式再人飞行器技术是实现一次发射多次返回的核心技术，充气式再入飞行器可以在发射时呈折叠包装状态，具有体积小、重量轻的特点，能够实现在一次发射过程中，一个航天器内能够安装多个这种再

4、入飞行器。航天器当进入空间后，无论是在轨飞行，还是空间交会，都可以根据需要，从中分离出多个充气式再入飞行器，实现多次返回。2国外研究概况与发展趋势在人类开创航天事业的初期，航天器的再入与返回问题就得到了很大的重视。针对航天员的应急救生与应急返回需求。六十年代初期，美国和苏联都进行了大量的研究，提出了各种创新的概念和方案，然而，由于当时航天技术的发展水平和航天项目的单一性特点，这些方案中的大多数均没有被实际应用验证，但是，它们的设计思想和设计理念却对现代航天系统的设计具有非凡的影响力。一次发射多次返回的实用典型是前苏联

5、／俄罗斯遥感卫星的多体回收。多体回收是在遥感卫星上携带几个小型再人返回舱，根据任务安排从卫星中分离出来，携带照相胶片返回地面，提高了胶片返回的实时性。这项技术是苏联的专利技术，没有对外公开。目前，随着充气式柔性展开技术的发展与成熟，来稿日期：201l—06-03；修回日期：201l—06—26。作者简介：贺卫亮(1964．05一)，男。博士，研究员，主要从事航天器总体设计、航天器返回与着陆技术研究。37载人航天2011年第4期基础研究有可能突破小质量多体回收的再人与降落技术，实现真正意义上的多次返回【2’3】。2．】

6、早期充气式再入飞行器上世纪六十年代中期，美国麦道公司就提出充气式伞锥型(PAPACONE)轨道救生再人装置的概念，如图la所示，可以满足一名身着航天服的航天员应急返回。同期，美国通用电气公司提出MOOSE(MannedOrbitalOperationsSafetyEquipment)轨道救生再人装置，如图1b所示，整个结构可以折叠，使用时通过发泡产生泡沫并填充成型，可以满足一名航天员应急返回。38充气发泡a伞锥型再入飞行器誓cBBbMOOSE再入飞行器图l早期的充气式再入装置2．2俄罗斯和欧空局的IRDT俄罗斯提出的

7、新型充气式再人飞行器(IRDT)技术是一种新型轻质量的返回技术，如图2所示，这种柔性充气式再入飞行器是由隶属俄罗斯拉瓦斯金联合体的巴巴金空间中心联合欧空局，针对“火星一96”项目研发的火星着陆系统。由于俄罗斯的“火星一96”计划在发射时失败，使得这项技术至今未能得到实际应用的验证⋯。图2IRDT再入与降落示意图与常规的由防热罩和降落伞组成的返回着陆系统相比，IRDT可以使返回的质量和费用大幅度降低，从而应用于空间站物资的返回、运载火箭的回收、星际飞行器的着陆以及部分区域的救生等等。IRDT既可以应用于现有航天器，也可

8、以应用于未来新型航天器的研制。2000年一2005年期间，俄罗斯利用弹道导弹进行了二三次亚轨道飞行试验，均未取得完全成功【”，究其原因主要是因为再人过程中柔性织物材料的在气动热作用下的防热问题。充气式再人飞行器需要采用多层复合的柔性材料来解决气密性、结构强度、气动热载荷、充气展开、工艺粘接等问题，这些技术均是制约充气式再人飞行器成功实现应用的主