果要返回地面的话,基本会以10.8千米/秒的速度进入大气层,目前的载人飞船基本都是从空间站以及近地轨道返回地球,速度不会超过6.8千米/秒,与地月轨道返回整整相差4千米/秒的速度,可别小看这增加的4千米/秒,搞不好就能把飞船给烧毁了,此时飞船有几个选择:

  • 1、加固飞船防热大底;
  • 2、飞船减速进入地球轨道择机再入;
  • 3、飞船使用二次减速方式降低抗烧蚀要求;

阿波罗登月飞船的方法是加固防热大底,以跃起再入方式进入大气层,这个方式是简单暴力,轨迹控制要求比较低,缺点时会增加防热大底的质量,也会增加宇航员在返回过程中的过载,但比弹道返回要好一些,因为弹道返回过载最大可达10G,就算“久经训练”的宇航员是一次相当难受的经历。

减速再入技术要求低:宇航员舒适,但代价太大

减速进入环地球轨道再择机再入,这种方式可以达到从空间站返回的地球一样的体验,但问题是必须要卸除4千米/秒的速度增量,我国新一代飞船的返回舱着陆质量可达5.6吨,各位可以计算下需要多少燃料才能从10.8千米/秒减速到6.8千米/秒?

所需要的能量大约为:4.48e+10J

目前这种减速发动机基本用的是肼类燃料,也就是各位俗称的毒发,为偏二甲肼+四氧化二氮,偏二甲肼的热值为:4.25×10^7J/kg

那么需要1,054.118千克偏二甲肼燃料作为减速使用,另外偏二甲肼只是燃料,让其燃烧还需要氧化剂四氧化二氮,两者的燃烧的质量比为15:46,也就是还需要3232.627千克氧化剂四氧化二氮。两者总和为4.286吨。

减速制动

以上是100%利用热值时的减速方案,如果按发动机的效率/推力计算,估计至少得5~6吨以上的燃料才能保证其返回减速。这些燃料是从地球上带出去的,然后带到月球轨道(不登月)再返回地球,这个成本实在太高了。