轨道气动减速返回（Orbital Aerobraking Return）

本文作者：天疆说

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定义

轨道气动减速返回（Orbital Aerobraking Return）是指航天器从地月空间轨道（如远距离逆行轨道 DRO、平动点 Halo/NRHO 轨道或地月转移轨道）返回地球低轨（LEO）或地表再入过程中，利用地球稠密大气层产生的气动阻力消耗巨大轨道动能、大幅降低轨道半长轴和偏心率的轨道机动技术。

物理机制与工程价值

在地月空间往返运输航班化任务中，航天器从地月高能轨道直接返回 LEO 时速度通常接近第二宇宙速度（约 11.0 km/s）。如果完全依赖化学推进器进行反向点火捕获，所需速度增量 $\Delta v$ 通常高达 3.0-3.5 km/s，推进剂质量占比极大。

气动减速返回通过微小轨道机动精确调整地月返回轨道的近地点高度至高层大气界面（通常约为 60-120 km）：

1. 航天器通过单次或多次掠过大气层上层，利用大气阻力减小远地点高度；
2. 配合在脱离大气后的远地点施加微小升轨脉冲将近地点抬出大气层，从而以极低的推进燃料消耗入轨 LEO 目标停泊轨道；
3. 在理论轨迹优化建模中，气动减速效应可等效为近地点处的等效能量耗散脉冲。

这一技术大幅降低了地月空间往返运输系统的干湿比要求，是地月物流往返货运与深空载人飞船重复利用的关键工程手段。

相关概念

• 引力助推借力飞行（Gravity-Assist Swingby）
• 接近段（Approach Phase）
• 两脉冲交会（Two-Impulse Rendezvous）
• 轨道交会（Orbital Rendezvous）

参考文献

• 宝音贺西, 蒋方华, 李明涛, 等. 地月空间DRO航班化往返转移多脉冲轨迹优化. 宇航学报, 2025, 46(2): 185-196.
• Vinh, N. X., Busemann, A., & Culp, R. D. Hypersonic and Planetary Entry Flight Mechanics. University of Michigan Press, 1980.