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返回大氣層（Atmospheric entry）是指人造或自然的物體從外空間進入大氣層的過程。這一過程中，為了確保安全，需要考慮飛行器的形狀和結構、空氣動力學模型以及飛行物的熱防護層等因素。
歷史沿革
返回大氣層的概念最早由羅伯特·哥達德于1920年提出，他認為物體從地球外進入大氣層時，其表面應具有一定的防護能力以防止高溫損傷。自1950年代起，蘇聯和美國開始大力發展火箭及回收技術，并對發射物返回大氣層的問題進行了深入研究，重點關注發射物的形狀和表面防護層的設計。
過程概述
形狀設計
返回大氣層的物體形狀對其熱防護至關重要。常見的形狀包括球形、球截面、球-圓錐形等。其中，球-圓錐形已被用于多個行星探測任務，如金星、木星和火星。此外，非對稱形狀也被應用于有人駕駛的返回大氣飛行器，如美國的航天飛機。
空氣動力學
當物體高速進入大氣層時，空氣會發生游離和化學分解，這對熱防護設計提出了挑戰。針對這種情況，科學家們開發了多種物理模型來描述沖擊層的熱和化學特性，這些模型對于航天工程設計熱防護系統非常重要。
熱防護系統
熱防護系統的設計旨在將熱沖擊層氣體排出，形成一層較冷的區域。目前已經開發出多種熱防護材料和技術，如超輕重量易熔層、充硅酮可重用陶瓷易熔層等，這些技術已經被成功應用于多個深空探索任務中。
應用實例
返回大氣層的技術不僅限于無人探測器，還包括載人航天任務。例如，美國的阿波羅計劃和航天飛機項目均采用了先進的熱防護系統，使得宇航員能夠安全地返回地球。
參考資料 >
用于火箭級返回大氣層和著陸的裝置與火箭級返回大氣層的方法.萬方數據.2024-10-31
載人飛船返回過程大氣層外六自由度彈道仿真研究.萬方數據.2024-10-31
印度科學衛星提前返回大氣層.萬方數據.2024-10-31