气动外壳（Aeroshell）是一种刚性隔热外壳，主要帮助航天器在进入大气层时减速并免受大气阻力所产生高温高压和可能碎片的破坏。其主要部件包括位于前面的防热盾和后面的背罩。防热盾在航天器进入大气层时吸收航天器前方空气压缩产生的热量；背壳则承载着所运送的载荷及其它重要部件，如降落伞、火箭发动机和电子监测设备，如在下降过程中监测降落伞下方罩体方向的惯性测量单元。
它主要应用于太空任务中航天器的进入、下降和着陆过程（EDL）。首先，当航天器穿入地球大气层时，气动外壳会使航天器减速，隔热板吸收由此产生的摩擦高温。然后，在下降过程中，降落伞打开，隔热板被抛离，位于背罩中的火箭启动，以帮助航天器进一步减缓下降速度，安全气囊也会充气以缓冲降落撞击。航天器在第一次撞击后直接在行星表面反弹。最后，安全气囊放气坍缩，航天器上的着陆器罩瓣展开。在整个过程中，任务控制和航天器之间的通信通过连接在背罩和探测器上的低增益天线进行往返传输。在整个进入、下降和着陆阶段，特定音响声将被发回地球，以传达每一关键步骤是否已成功。
气动外为太空探测器的关键部件，是探测器完好降落到任何具有大气层天体表面所必需的，现已应用于所有将有效载荷返回地球的任务（如果将航天飞机隔热系统也视作气动外壳的话），以及所有登陆火星、金星、土卫六和（在最极端的情况下）到木星的伽利略号探测器任务。
组件
气动外壳主要由两大部件组成：一块位于气动外壳前半部或前体的隔热板和一只位于后部的背罩。 在航天器进入大气层时，气动外壳的隔热板面向冲压方向（向前），使其吸收飞行器前部空气压缩所产生的高热。后部背罩则充当密封有效负载的容器。背罩中通常安装有降落伞、烟火装置及电子设备和电池、惯性测量单元以及特定任务进入、下降和着陆阶段所需的其他硬件。
设计要素
航天器的任务目标决定了确保任务成功所需的飞行要求，这些飞行要求包括减速度、高温、撞击和着陆精度。航天器必须具有足够低的最大减速度才能保证飞行器最薄弱部分的完好无损，同时，它又必须要有足够高的速度来穿透大气层而不发生反弹。航天器结构和有效載荷质量会影响它能承受的最大减速度。这种力用“g”或地球引力加速度来表示。如果它的结构设计得足够好，且由坚固的材料（如钢）制成，那么它就可承受更高的重力，但是，还必须考虑所搭载的载荷。因为仅航天器结构能承受高g力并不意味着它的载荷也可以。例如，宇航员的有效载荷只能承受12个g，即自身重量的12倍，超过这一标准将会导致死亡。另外，航天器还必须能承受因高超音速进入大气层时产生的巨大摩擦高温。最后，它必须能够穿透大气层并准确地降落在地面上，而不会错过目标。着陆区域越狭窄，所需精度就越高。在这种情况下，航天器将需更流线型并拥有更陡峭的再入轨道角。这些因素共同影响了返回轨道，航天器必须在该区域内飞行，以避免焚毁或弹出大气层。
以上所有这些要求都是通过对航天器结构和轨迹的考虑、设计和调整来满足的
气动外壳的整体动力学受惯性和阻力的影响，定义如下：ß=m/CdA，其中“m”为气动外壳及搭载载荷的质量，“CdA”为气动外壳在自由飞行条件下所产生的阻力。大体而言，“β”等于阻力除以质量（单位阻力面积的质量）。每单位阻力面积的质量越大，则会导致气动外壳的进入、下降和着陆过程发生在大气层低点和稠密处，并且还会降低着陆时的升力和时间裕度。进入、下降和着陆期间增加的因素包括热负荷和速率，这会导致系统强制适应热负荷的增加。此种情况会降低有效着陆质量能力，因为热负荷的增加会使气动外壳的支撑结构和隔热系统（TPS）更重。此外，还需考虑静态稳定性，因为需要维持高阻力高度，这就是为什么需要一种后掠式而非平钝的前机身。前一种的形状确保了该因素的存在，但也减少了阻力面，因此，在阻力和稳定性之间存在折衷，这会影响气动外壳形状的设计。升阻比也是另一需要考虑的因素，升阻比的理想水平为非零。
行星进入降落伞计划
导弹公园的美国空军“飞碟”气动外壳。]]
1966年，为测试旅行者火星着陆计划中所用的降落伞，美国国家航空航天局进行了“行星进入降落伞计划”（PEPP）气动外壳测试。为模拟火星稀薄的大气层，降落伞需要在地球上空超过16万英尺（4.9万米）处使用。一只携带着气动外壳的气球从新墨西哥州罗斯维尔释放，然后向西漂移到白沙导弹靶场，气动外壳被抛下，气动外壳下方的发动机点火，将它提升到所需的高度，在那里降落伞被打开。
旅行者计划后来被取消，几年后被规模小得多的海盗计划所取代。美国宇航局重新使用了“旅行者”一名，被应用于“旅行者1号”和“旅行者2号”二艘外行星探测器。
低密度超音速减速器
低密度超音速减速器（或简称LDSD)是一种旨在产生空气阻力，以便在进入行星大气层时减速的太空飞行器。
图集
File:Viking Orbiter releasing the lander.jpg|唐·戴维斯(Don Davis)创作的海盗号轨道器释放带气动外壳着陆器的艺术想象图。
File:Mars Science Laboratory Heat Shield PIA12117.jpg|火星科学实验室巨形的隔热罩。File:Apollo 12 heat shield.JPG|展出在弗吉尼亚州航空航天博物馆的阿波罗12号隔热罩细节。
File:Low Density Supersonic Decelerator (LDSD ) - 33.5-meter Supersonic Ring Sail Parachute.jpg|33.5米超音速环帆降落伞
File:Low Density Supersonic Decelerator (LDSD ) - 6-meter SIAD-R.jpg|6米的超音速充气气动减速器(SIAD-R)
File:Low Density Supersonic Decelerator (LDSD ) - 8-meter SIAD-E.jpg|8米的超音速充气气动减速器(SIAD-E)
参考文献
*
*
*[https://web.archive.org/web/20070416044308/http://library.thinkquest.org/03oct/02144/mars/spacecraft/aeroshells.htm 太空旅行指南]
*[https://web.archive.org/web/20121014164706/http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/reentry/Tech19.htm 早期再入飞行器：钝体和烧蚀材料]
*
评论 (0)