再入

進入大氣（層），是指自然物體或人造物體從外空間進入行星大氣層的運動過程。如果人造物體（如人造衛星、飛船、火箭飛彈、空天飛機等）離開地球大氣層，再從外太空重新進入地球大氣層的運動，稱為「再入」（reentry）大氣層。

例如，火星探測器在火星表面軟著陸，就只能稱為「進入」火星大氣層，而不能稱「再入」火星大氣層。

原理

人造或者自然物體從宇宙空間進入天體的大氣層的過程被稱作進入大氣層（Atmospheric entry），在地球的場合指的是從宇宙空間一側越過海拔為100km的卡門線的過程。從地面發射後離開大氣層的人造航天載具重新進入大氣層的過程被稱作再入大氣層（Atmospheric reentry）或再入（reentry）。進入金星大氣的高度是250km。進入火星大氣的高度是80km。

返回大氣層根據其目的和過程被分為以下類型：

目的（原因）	過程是否可控	是否破壞性
把太空飛行器安全降落到行星表面	是	否
洲際彈道飛彈的彈道飛行後半程	是	否
人為消滅太空飛行器或太空垃圾	否，或任由其軌道自然衰減	是
因太空碰撞等意外而導致的返回	否	是

返回式太空飛行器的設計以安全可控地回到地面為目的。由於在目前的技術條件下返回大氣層時太空飛行器的速度極高，因此非破壞性返回的過程一般需要有特殊的措施來保護太空飛行器避免受到氣動力加熱和震動、衝擊等損害。由於載人航天一定有航天員返回地面的過程，因此這一過程也成為載人航天中風險較高的環節之一。

歷史

這種雙層隔熱板概念在1920年由羅伯特·戈達德提出，他說："流星進入大氣層的速度高達每秒30英里，但內部依然寒冷。因此，假如再返回物的表面覆蓋一層抗高溫（不易變質及難熔解）的物質後再用一層不太會導熱的耐高溫物質，這樣物體表面就不會受到太多的侵蝕"（節錄）

而第一次實際應用到此系統是在洲際彈道導彈的再入速度增加所導致的氣動加熱。早期的彈道導彈，如V2火箭，並沒有此問題。而中程彈道導彈，如蘇聯的R-5（有1200km）的射程，就需要陶瓷複合材料來保護。首個洲際彈道導彈（ICBM，射程達8000至12000km），則已正式進入了現代保護材料的時代。在美國，這技術是由H. Julian Allen再Ames Research率先開發。而蘇聯的Yuri A. Dunaev也曾在列寧格勒物理技術研究所開發類似的技術。

飛行器的形狀

鈍形飛行器

美國國家航空諮詢委員會的H. Julian Allen（英語：Harry Julian Allen）、Alfred J. Eggers（英語：Alfred J. Eggers）在1951年發現了鈍形（高阻）防熱大底具有最佳效果。因為返回式太空飛行器的氣動加熱與阻力係數成反比，即阻力愈大，熱負荷愈低。鈍形再入艙使得氣體不能快速離開，成為氣墊層隔開了衝擊波與加熱振動層，使得大部分熱空氣不再直接接觸再入艙，熱能保持在衝擊波氣體中並在大氣層中擴散。

艾倫和埃格斯的發現，最初被視為軍事秘密，但於1958年出版。鈍形理論的設計成為可行的隔熱板，都體現在水星、雙子星和阿波羅太空艙，使宇航員返回火熱的地球大氣層時仍生存。蘇聯的R-7洲際彈道導彈於1957年使用尖鼻的彈頭成功首次試射，但擊中目標區10公里以外，因而改為鈍鼻的彈頭。蘇聯的隔熱層由多層玻璃纖維與石棉textolite組成。

再入飛行器形狀

球形或球形部分

File:Venera 13 orbiter.gif

蘇聯金星探測器的下降艙

1950年代到1960年代，易於從理論上用Fay-Riddell方程建模分析。^[1] 當時沒有高速計算機，高速空氣動力學還處於萌芽階段。蘇聯的東方飛船、上升飛船、以及火星、金星探測器的下降艙；美國的阿波羅飛船指令艙（英語：Apollo Command/Service Module）都採用了球形防熱大底。阿波羅飛船再入時的攻角−27°，升阻比0.368^[2]。聯盟飛船、月球取樣返回探測器、雙子座飛船、水星號飛船都是如此設計。即使這少量的升力也使得從彈道式再入8-9g的峰值加速度減小到4-5g，同時大大減少了峰值氣動加熱。