月球返回舱跳跃再入弹道优化设计：过载约束与特性分析

本文主要探讨了月球返回舱在执行跳跃再入大气层过程中关键的弹道特性分析与优化设计。2010年由王银、陆宇平和张崇峰合作，发表在《南京航空航天大学学报》上，属于工程技术领域的论文。跳跃再入是一种创新的重返地球技术，它通过在大气层外利用反推发动机短暂推离地球引力，以改变再入轨迹，从而降低初始再入阶段的高热负荷和过载。 文章首先介绍了跳跃再入的基本概念，这种技术的优势在于能够有效缓解返回舱在进入大气层时面临的高温和冲击，通过调整再入角度和升阻比（升力与阻力的比值）来控制弹道特性。不同的参数组合会直接影响着返回舱的再入轨迹和承受的过载水平。 接着，作者采用庞特里亚金极大值原理，这是一种经典的数学优化工具，将优化目标设定为在满足过载约束的前提下，减小总吸热量，即减少返回舱在大气层内产生的热量。通过对初始再入段的轨迹进行优化，作者导出了升力系数的最优表达式，这是一项重要的工程设计成果，有助于降低飞行过程中的动态应力，确保返回舱安全着陆。 通过计算机仿真研究，作者验证了这种方法的有效性，表明优化后的跳跃再入策略能够显著降低飞行过程中的过载，从而提高了返回舱的可靠性和乘客舒适度。这篇论文不仅提供了理论分析，也为实际的月球任务设计提供了一种实用的工程解决方案。 关键词：月球返回舱、跳跃再入、过载约束、轨迹优化、两点最优问题。这些关键词揭示了文章的核心内容和研究焦点，对于理解月球探测器重返地球的技术挑战和解决方案具有重要意义。 这篇文章深入剖析了月球返回舱跳跃再入的弹道特性优化问题，对于提高太空探索任务的性能和安全性具有重要的工程价值。