一种两级减速再入返回系统优化设计

黄明星 黄伟 贾贺 陈旭

(北京空间机电研究所，北京 100094)

随着航天技术的发展，深空探测成为航天领域的热门。从月球至火星，从近地行星到小天体，人类对深空探测的目标从环绕探测、着陆就位探测、取样返回到更大质量的样品采集和返回阶段。

截至2020年，全球共实施了118次无人月球探测和9次载人月球探测任务[1]。在20世纪初，美国和日本启动了对近地小行星带天体，太阳风、彗星等的探测取样计划。其中，起源号和星尘号分别实现了对太阳风粒子和彗星尘埃的取样[2-3]，隼鸟1号和2号分别对丝川和龙宫两个小行星进行着陆取样且顺利返回地球[4]。目前所有的取样返回任务在再入地球大气过程中，均采用降落伞系统进行减速的方式，降落伞减速方式是利用大气的阻力进行高效减速，适应于稠密大气和低速条件。随着未来对月球、火星探测及小天体进一步开发及探索，更加有效的减速方式和更大质量的取样返回必将成为新的需求。

充气式再入返回是一种新型再入回收方式[5-7]，这种返回方式适合大质量返回载荷的初步减速，并且趋于成熟阶段。1996年，“Mars 96”火星着陆计划试验中搭载了充气式再入返回系统，但是由于火箭升空后未能正常入轨导致试验失败。2000年—2005年，在欧洲航天局(ESA)和德国航空航天股份公司(DASA)的协作下，俄罗斯先后完成了充气再入下降技术系统(IRDT)的4次飞行试验，验证了充气航天器再入减速方案的可行性[3]。2007年后，NASA对其充气式再入返回航天器展开系列飞行试验(IRVE)，验证了在气动载荷下充气结构的保形能力和材料的耐热性能[8]。……