60年前的动画，手把手教你怎么从太空回地球

而涉及到再入技术，人类还有另外一个重要的用途那就是载人航天返回。

载人航天返回和导弹弹头再入的最大的两个区别是：

01

导弹可以无惧超高加速度

人类不行——

人类最多只能承受

大约10倍重力加速度的减速过程；

02

导弹需要高速高精度坠落在预定位置

载人航天返回可以接受缓慢降落。

相同之处在于，两者都需要对付发热问题。

既然人类不能承受太高的加速度，所以显然载人返回的再入轨迹就可以设计得尽可能浅，让返回载具在这个过程中充分减速，这样可行吗？实际上并非如此。

为了洲际导弹道导弹弹头的再入，科学家找到了“烧蚀”技术作为突破口，让与大气摩擦产生的热量留在空气和一部分随时间剥离的外壳材料里，防止它传导到弹头内部。同时这些材料本身导热能力很差，可以尽可能隔绝高温区域的发热。

弹头可以承受超高的加速度，所以它的再入过程也很短暂，可能烧蚀材料只需要坚持几分钟。但是如果是载人再入，载入时间可能长达几十分钟，这个过程中烧蚀材料和返回载具的壳体也并非完全不导热。

随着时间的流逝，飞船的总体温度会持续上升，并且它没有其他散热的手段，对于返回舱来说情况是十分不妙的。

如果一个人遭遇了一场爆炸，他躲在一口装满水的大锅中可以幸免于难。

但是如果将同样的燃料在锅下面燃烧，可能没多久这个人就要被煮熟了。同样的道理也可以放在再入航天器身上。

因此如果设计一个返回舱，首先需要一个浅弹道；但又不至于太浅，航天员需要承受的加速度大约在5-10G。

同时，此前我们提到，钝头的载具末端会形成一层激波保护层，再配合烧蚀材料的表面，就可以抵御发热。这也就是我们熟悉的烧蚀表面钟形返回舱的设计。

为了尽可能缩短再入时间，加速度就不可避免地比较大，因此这种载入方式也对航天员的身体素质提出了要求。

那么有可能走另一个极端，让这个轨道浅到一定程度呢？只要载具下降得足够慢，它的机械能转化成内能的速率就会足够慢，这个过程中它可以充分散热。

这种载具，它身上没有传统机翼的结构却可以产生升力，是产生升力(lift)的机身(body)，所以这种结构就被称为升力体(lifting body)。

升力体和传统飞机的区别在于，飞机需要从零克服阻力并加速到可以产生让自己起飞的升力，而升力体再入载具则需要从近地轨道的速度，也就是7.9千米每秒的量级逐渐减速到可以自己降落在跑道上的速度，并在这个过程中产生足够的升力防止下降太快。机翼在这个过程中会产生过大的阻力。

升力体结构可以让航天员在再入过程中舒适一些。但是因为它载荷舱首先是细长条，其次是它需要额外的翼形气动结构，再次它需要额外的散热系统。这些直接导致它能承载的人员或载荷少了很多，可以说它是载人航天返回的头等舱。

总结一下，如果我们要设计一个载人再入的载具，它的轨道必然比弹道导弹浅得多，因为人能承受的加速度十分有限；而针对发热，要么缩短流程减少热传导，要么增大升力降低发热的功率。目前来看，返回舱再入的时间大约是15分钟，最大加速度可达6G以上，而航天飞机则为30分钟，最大加速度大约3G。

这部动画教材制作的60年代，美国空军已经研究又放弃了“动力翱翔”计划，这个计划也被认为是后世航天飞机的雏形。相关的研究成果也应用在了之后的航天飞机上。

如今的星舰的上面级、追梦者新型航天飞机，都属于升力体构型。我国也研制了“昊龙”无人再入返回器。

可以说，现在是“航天飞机”复兴的时代。可重复利用的，低烈度的再入载具，或者说“航天飞机”类似物，一直是人类探索宇宙不能忽略的重要课题。

作者/梁睿祺

编辑/云苓

审核/老虎

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