回家：重返大气层

每个宇航员都以同样的方式回家:将速度转化为热量。 从轨道上到达的一个舱体每公斤携带足够的能量,使其自身重量在钢中熔化多次。 重返的整个艺术是缓慢地摆脱这种能量,以便生存下来,并快速地不会反弹回到太空。

发动机开始下降。 空气制动。

看

1. 脱轨燃烧。 指向后方,胶囊发动机几分钟,减速约100米/秒。 这将使其轨道的远端进入大气层。
2. 进入界面,高度约120公里。 舱体遇到第一条仍以7.8公里/秒的速度移动的薄空气痕迹。
3. 火球 热盾前面的空气被挤压得如此之大,以至于它变成了发光的等离子体,温度高达数千摄氏度。 几分钟后无线电信号将无法通过。 热屏缓慢地碳化和剥落,并随之带走热量。
4. 走廊 从月球以11公里/秒的速度返回,进入角度必须精确到一度的一小部分:太陡峭,减速将压垮机组人员,太浅,舱体会像石头离开水面一样从空中滑落。
5. 降落伞。 下面约10公里胶囊以几百公里/小时的速度下降。 降落伞打开,它以每秒几米的速度着陆。

理解

从400公里的圆形轨道（r=6,778公里）出发，速度为7.67公里/秒。 一个椭圆的低点在50公里高处，其a=6,603公里，在400公里高处，其速度必须是7.57公里/秒。 离轨燃烧是差异:约 102米/秒,仅为轨道速度的1.3 % 。

阻力为½ ρ v² C_D A。 每下降5公里,空气密度 ρ 大约减少一半(尺度高度约为7.2公里 ) , 因此随着舱体的减速,减速会急剧上升、达到峰值并再次下降。 在上面的模型中:

入境	速度	角度	峰值減速
从低地球轨道	7.85公里/秒	1.5°	约8克
从月亮,太陡峭	11公里/秒	8°	约31克
从月球,在走廊	11公里/秒	5.6°	约7克
从月球,太浅	11公里/秒	4.8°	跳出来

真正的胶囊飞行有点提升(他们的质量中心是偏心,所以他们倾斜飞行)和滚动来控制它,这降低了峰值约4 g为联盟和扩大阿波罗走廊约2度。

硕士

该模型仅集成了重力和阻力运动的平面方程:

dv/dt = −μ r/|r|³ − (ρ(h) |v| / 2β) v,   ρ(h) = ρ₀ e^(−h/H)

β = m/(C_D A) = 350千克/平方米(类似胶囊)，H = 7.2公里。 对于陡峭的弹道进入,Allen和Eggers (1958)表明峰值减速几乎与β无关:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H) 最大值

对于陡峭的月球情况(γ = 8° ) , 它给出了大约44 g;完整模拟给出了31 g,因为重力不断弯曲轨道越来越浅,随着舱下降。 无论如何,进入角度,而不是飞行器的大小,决定了g负载,这就是为什么每个返回航天器飞行一个精确的走廊。