跳跃式再入(Skip Reentry)
本文作者:天疆说
定义
跳跃式再入是指航天器以较小的再入角进入大气层后,依靠升力再次冲出大气层,做一段弹道式飞行,然后再进入大气层的再入方式。航天器可以多次出入大气层,每进入一次利用大气进行一次减速。对进入大气层后虽不再跳出大气层,但靠升力使再入轨道高度有较大起伏变化的轨道,也称作跳跃式轨道。
核心要素
轨道特征
跳跃式再入轨道与弹道式、升力式轨道的主要区别:
| 轨道类型 | 高度变化 | 升力利用 | 减速方式 |
|---|---|---|---|
| 弹道式再入 | 单调下降 | 无或不控制 | 一次性大气减速 |
| 升力式再入 | 缓慢下降 | 持续利用 | 连续大气减速 |
| 跳跃式再入 | 大幅起伏 | 间歇利用 | 多次大气减速 |
物理机制
跳跃式再入利用升力实现轨道高度的周期性变化:
- 以小再入角进入大气层,产生升力
- 升力将航天器推出大气层,进入弹道式飞行段
- 在真空段无气动力,沿椭圆弧飞行
- 再次进入大气层,继续减速
- 可重复多次,直至速度降至所需值
轨道高度起伏
跳跃式再入轨道的高度有较大起伏变化。每次出入大气层时:
- 进入大气层阶段:气动阻力减速,气动加热
- 大气层外阶段:无气动力,沿椭圆弧自由飞行
- 每次进入大气层的减速效果累积
与弹道式再入的对比
| 比较项 | 弹道式再入 | 跳跃式再入 |
|---|---|---|
| 再入角 | 可较大 | 需较小 |
| 减速过程 | 激烈、一次完成 | 温和、分次完成 |
| 过载峰值 | 较高 | 较低 |
| 航程 | 较短 | 较长 |
| 着陆精度 | 较低 | 可通过升力调节 |
应用价值
跳跃式再入是利用升力实现温和减速的重要方式。通过多次出入大气层,可以将总减速量分散到多次大气通过中,降低单次过载峰值和热流峰值。这种方法适用于需要降低再入热载荷的高超声速返回任务,也适用于从月球或行星返回的高速再入场景。
相关概念
- 配平攻角(Trim Angle of Attack)
- 再入走廊(Reentry Corridor)
- 零攻角再入(Zero-Angle-of-Attack Reentry)
- 驻点热流(Stagnation Heat Flux)
- 再入段(Reentry Phase)
参考文献
- 郑伟, 安雪滢, 周祥, 何睿智. 空天飞行力学[M]. 国防科技大学, 2026.
- 贾沛然, 陈克俊, 等. 远程火箭弹道学[M]. 国防科技大学出版社.
