專利名稱：具有帶尾翼尾裙自穩(wěn)定返回艙的高效飛船及導(dǎo)彈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對多艙結(jié)構(gòu)的返回式宇宙飛船及重返大氣層導(dǎo)彈的改進(jìn)。屬于對傘降式宇宙飛船與航天飛機(jī)、導(dǎo)彈控制翼片等技術(shù)的整合。本發(fā)明的名稱又可以稱之為帶尾翼返回艙傘降式模塊組合簡易航天飛機(jī)。
神舟6號宇宙飛船平安返回地球，舉國上下一片歡騰，這是我國載人航天事業(yè)的又一巨大成果。
神舟6號宇宙飛船的返回艙與俄羅斯的連盟號宇宙飛船的返回艙極為相似，均為頭大而平、尾小而尖、呈鐘形結(jié)構(gòu)。
在2005年10月15日新華社北京電中，記者孫彥新、徐壯志發(fā)表的文章《返回艙為什么像個(gè)大鐘》，引用飛船系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師陳同祥的解釋說明，這不是為了制造某種科幻效果，而是有它的科學(xué)依據(jù)。
“飛船為什么不做成一個(gè)整體？事實(shí)證明，只有三艙結(jié)構(gòu)才是比較合適的?！憋w船返回時(shí)，與大氣劇烈摩擦產(chǎn)生的高溫和過載，使飛船和航天員面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)。飛船平安返回要經(jīng)過四道“鬼門關(guān)”。在回收過程中，無論哪一道關(guān)沒有過去，都有可能毀了飛船，使航天員犧牲生命?！被鹧骊P(guān) 飛船返回與大氣的劇烈摩擦?xí)a(chǎn)生攝氏幾千度的高溫，沒有防護(hù)，飛船將會化為灰燼。
過載關(guān) 飛航高速進(jìn)入稠密大氣層時(shí)會產(chǎn)生巨大的沖擊過載，別說人受不了，就是飛船本身也會顛得七零八落。
撞擊關(guān) 盡管降落傘大大降低了飛船的下降速度，只有每秒十幾米，但是航天員仍然經(jīng)受不住落地一瞬間狂熱的“親吻”。
落點(diǎn)關(guān) 就算飛船安全到達(dá)地面，但救援人員還是不能及時(shí)到達(dá)。若飛船落到深山老林、懸崖峭壁，也會給航天員生命帶來危險(xiǎn)。
“嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)使科學(xué)家不得不進(jìn)行選擇僅僅只把必須返回地面的儀器設(shè)備返回，不需要的就留在軌道上繼續(xù)工作或遺棄。飛船的飛行需要?jiǎng)恿?，于是必須要有個(gè)推進(jìn)艙；航天員在太空中需要工作生活場所，必須要有軌道艙，這個(gè)艙將來還可留在空中繼續(xù)科學(xué)試驗(yàn)。分艙段的飛船另一好處是，增加了可靠性和安全系數(shù)，一個(gè)艙發(fā)生故障，其他艙還可工作。
返回艙為什么像個(gè)大鐘返回艙返回時(shí)會在重力的作用下重新進(jìn)入大氣層，氣流千變?nèi)f化將使高速飛行的返回艙難以保持固定的姿態(tài)，因此必須把返回艙做成不倒翁的形狀，底大頭小，不怕氣流的擾動(dòng)。與大氣劇烈摩擦?xí)r，會在艙表產(chǎn)生數(shù)千度的高溫，如果不解決防熱問題，飛船將會像流星一樣，還沒等落地就燒成了灰燼。返回艙表面有一層防熱層，是用特殊的燒蝕材料做成的，防熱原理就是通過材料的燃燒而把熱量帶走，經(jīng)科學(xué)家試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大鐘的形狀相對有利于實(shí)現(xiàn)防熱目標(biāo)。
而這種鐘形返回艙返回地面是一個(gè)極為復(fù)雜、危險(xiǎn)程度極高、付出代價(jià)極高的過程。
“神舟系列飛船返回艙開始返回地面時(shí)，首先在344公里高的軌道上制動(dòng)，就像剎車一樣，先是飛船在軌道上呈九十度轉(zhuǎn)彎，然后軌道艙與返回艙分離，軌道艙繼續(xù)在軌道上進(jìn)行對地觀測，而返回艙和推進(jìn)艙再轉(zhuǎn)九十度，正好與原來的飛行方向相反噴氣，起到減速的作用。這時(shí)返回艙開始脫離原來的軌道，進(jìn)行無動(dòng)力飛行，飛行至距地面100公里時(shí)進(jìn)入大氣層，產(chǎn)生所謂的“黑障”現(xiàn)象，這是因?yàn)轱w船與大氣劇烈摩擦，當(dāng)返回艙在距離地面80公里-40公里的高度以數(shù)千米每秒的速度穿越稠密大氣層時(shí)，返回艙表面溫度會達(dá)到攝氏1000-2000攝氏度，如果不采取有效的防熱降溫措施，整個(gè)返回艙將會像隕石一樣被燒為灰燼。這時(shí)必須給飛船穿上一層“防熱衣”，使飛船內(nèi)部的溫度控制在航天員可以忍受的40攝氏度以下?！憋w船返回艙的降溫主要通過三種方法一是吸熱式防熱，在返回艙的某些部位，采用導(dǎo)熱性能好、熔點(diǎn)高和熱容量大的金屬吸熱材料來吸收大量的氣動(dòng)熱量；二是輻射式防熱，用具有輻射性能的鈦合金及陶瓷等復(fù)合材料，將熱量輻射散發(fā)出去；三是燒蝕防熱，利用高分子材料在高溫加熱時(shí)表面部分材料融化、蒸發(fā)、升華或分解汽化帶走大量熱量的方法散熱。
發(fā)生“黑障”現(xiàn)象時(shí)，在飛船四周產(chǎn)生了一個(gè)等離子殼，使飛船暫時(shí)無法與地面通訊。等飛至距地面80公里到20公里的高度時(shí)，飛船的升力控制系統(tǒng)開始起作用，這時(shí)的飛船就像飛機(jī)一樣，按照地面輸入的數(shù)據(jù)，瞄準(zhǔn)理論著陸點(diǎn)，依靠飛船上的小型發(fā)動(dòng)機(jī)不斷調(diào)整飛行高度和姿態(tài)。當(dāng)飛行到距地面40公里時(shí)，飛船飛出“黑障”區(qū)，這時(shí)，早已等待多時(shí)的直升飛機(jī)便迅速捕捉到飛船發(fā)出的訊號，開始搜索和救援行動(dòng)。當(dāng)飛船到達(dá)距地面10公里時(shí)，飛船開始拋開降落傘蓋，并迅速帶出兩具引導(dǎo)傘和一具減速傘，24秒后，主降傘打開，使飛船的下降速度減到每秒10米左右。等飛船將落到距地面5公里時(shí)，飛船的防熱大底被拋掉，等飛船離地面1.2米左右時(shí)，緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)開始向地面噴火，進(jìn)一步減速，確保飛船安全著陸。
飛船的三個(gè)艙上共有52臺發(fā)動(dòng)機(jī)，其中推進(jìn)艙有28臺發(fā)動(dòng)機(jī)，4臺大的用于改變軌道、軌道維持和返回制動(dòng)，小的用于控制飛船姿態(tài)；返回艙有8臺發(fā)動(dòng)機(jī)，返回過程中穿越大氣層會使飛船姿態(tài)不穩(wěn)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)精確著陸，需要對飛船進(jìn)行姿態(tài)控制；軌道艙有16臺，為其留軌半年提供動(dòng)力。各艙發(fā)動(dòng)機(jī)都是偶數(shù)，其中都有主機(jī)和備份機(jī)。
當(dāng)需要改變軌道或姿態(tài)時(shí)，計(jì)算機(jī)會算出哪臺發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該工作以及工作多長時(shí)間，船上的52臺發(fā)動(dòng)機(jī)得到計(jì)算機(jī)的指令將自動(dòng)執(zhí)行。返回段的原理也基本相同上述過程不需要航天員參與，假如發(fā)生故障，還有一套手控系統(tǒng)，由姿態(tài)手柄、平移手柄、光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡和手控線路等組成，航天員可以手動(dòng)控制，雖然精度比自動(dòng)的差，但完全能夠駕駛飛船安全返回。從神舟一號到六號，飛船的“自動(dòng)駕駛”功能從未出現(xiàn)過問題。
在以上過程中，飛船由三艙變?yōu)橐慌?，連返回艙也必須拋去降落傘和大底；飛船重量喪失了三分之二，由8噸多減為兩噸多；可以說是損失慘重。
“這其間就存在極為重大的問題首先，是中國飛船的測控事業(yè)對海洋的依賴太大，沒有遠(yuǎn)望測量船隊(duì)，飛船幾乎寸步難行，從自然條件來說由于必須要派船只到南大西洋，所以只能選在南半球的夏天，風(fēng)浪較小的時(shí)間段(10月到來年的2-3月)，缺點(diǎn)很明顯，這是其一。其二更致命，我們目前的海上力量，沒有全球投送的能力，可以想象在緊急狀態(tài)下，中國的航天力量將極大的受制于海上能力的不足。對策需要盡快發(fā)展天基測控系統(tǒng)，也就是中繼測控衛(wèi)星。其次，100％的發(fā)射成功率固然可喜，但是從更高的層次上說這是以犧牲“效率”而換來得，尤其是應(yīng)用衛(wèi)星領(lǐng)域，每年發(fā)射的衛(wèi)星根本無法滿足需要，航天器的批量生產(chǎn)也難以做到?！弊詈螅秋w船返回過程，自始至終，對于測控力量、測控手段的要求太高，太精確，以致即使是久經(jīng)考驗(yàn)的第一流的航天測控人員操控著最先進(jìn)的航天測控系統(tǒng)也會在飛船返回的測控過程中，緊張到極點(diǎn)，唯恐出現(xiàn)半點(diǎn)差錯(cuò)。據(jù)報(bào)道很多的火箭、飛船發(fā)射的“實(shí)驗(yàn)隊(duì)員因此患上了“火箭綜合征”臨發(fā)射前3個(gè)小時(shí)，開始口干，要不停地喝冷水——即使在零下20多度的冬天；還有手心出汗、不停上廁所；在發(fā)射成功之后，他們又會抱在一起瘋狂的哭笑?！眳㈤営伞疤摶密娛聑hyuli”在http://military.china.com 2005-10-24 11:04:07發(fā)表的文章《興奮之后話神六熱退潮的反思》，及其它有關(guān)文章。
發(fā)明的目的在不改變或盡量少改變神舟系列載人宇宙飛船的主要大部件的外形結(jié)構(gòu)的前提下，立足于利用飛船的現(xiàn)有體積與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、特別是利用返回艙、軌道艙、整流罩之間的空間，在載人宇宙飛船的返回艙的尾部裝上尾翼或尾裙、在其頭部裝上流線型的變形耗能頭部，使該返回艙進(jìn)入大氣層之后大幅度增進(jìn)其減速性能、防熱防燒蝕性能、飛行自穩(wěn)定功能、飛行升力與飛行方向操縱功能，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索從根本上簡化飛船結(jié)構(gòu)、提高飛船的返回安全性能和性能價(jià)格比的全新途徑，以及進(jìn)一步探索其在重返大氣層導(dǎo)彈上的用途。
發(fā)明的方法在載人宇宙飛船的返回艙的尾部的適當(dāng)位置上，裝上耐高溫的、適當(dāng)大小的尾翼或尾裙；配之以在其頭部裝上流線型的金屬薄板質(zhì)地的或氣囊狀的變形耗能頭部。
其進(jìn)一步的方法是以耗能尾翼、尾裙的強(qiáng)大氣動(dòng)制動(dòng)耗能能力為基礎(chǔ)，利用和發(fā)掘尾裙所包括的空間，大幅度地?cái)U(kuò)大返回艙的有效容積，進(jìn)而做成二層樓或多層樓結(jié)構(gòu)的返回艙、或者是將三艙式宇宙飛船的結(jié)構(gòu)在保持原有功能的前提下改為特種結(jié)構(gòu)的更簡單、更輕巧、更實(shí)用、更便宜、更安全的兩艙式或單艙式的結(jié)構(gòu)形式。
其更進(jìn)一步的方法是利用氣動(dòng)耗能的尾翼、尾裙相對高速氣流產(chǎn)生的強(qiáng)大制動(dòng)耗能能力和活動(dòng)尾翼的空氣動(dòng)力操控性能設(shè)計(jì)一條新的、更安全可控的返回艙耗能返回路線或返回方法。
下面，以

圖1至5所示的實(shí)施例對本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的說明。
附圖1、2、3均是返回艙(1)的縱剖面示意圖；附圖4.a是返回艙(1)的縱剖面示意圖；附圖4.b是它的俯視示意圖；附圖5是包括返回艙(1)、軌道艙(3)、并列推進(jìn)火箭部件(11)的宇宙飛船的縱剖面示意圖。
其中返回艙(1)推進(jìn)艙(2)軌道艙(3)尾翼(4)尾裙(5)頭部大底(6)變形耗能部件(7)氣囊(8)隔板或地板(9)人體進(jìn)出口(10)空心環(huán)筒形或筒形的推進(jìn)火箭部件(11)附圖1所示的實(shí)施例所說明的返回式宇宙飛船，其結(jié)構(gòu)、外形、大小，與現(xiàn)有的神舟系列宇宙飛船基本一樣，屬于對它的改進(jìn)。其返回艙(1)的頭大而平、尾小而尖、呈鐘形結(jié)構(gòu)，其頭、尾兩端分別與推進(jìn)艙(2)、軌道艙(3)活動(dòng)連接，該返回艙(1)在發(fā)射時(shí)，呈尾部向上安裝在發(fā)射火箭的頂端，在返回時(shí)，呈頭部向下進(jìn)入大氣層；其特征在于a.該返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置有采用具有抗燒蝕涂層或面層的耐熱金屬制作的片狀或環(huán)狀或并聯(lián)筒狀的尾翼(4)或尾裙(5)或同時(shí)設(shè)置有尾翼(4)及尾裙(5)；其中的尾翼(4)為固定尾翼或可操控的活動(dòng)尾翼，該尾翼(4)可以為格柵翼或折疊翼，尾裙(5)的母線長度應(yīng)適當(dāng)，可為單純的擴(kuò)張直線段或?yàn)槿我獾牡那€段；b.相對于活動(dòng)尾翼(4)，可以設(shè)置活動(dòng)或固定的前翼；c.該返回艙(1)的頭部可以改制成為具有適當(dāng)高度、適當(dāng)尖度的流線型形狀、或在其頭部添加一個(gè)具有適當(dāng)高度、適當(dāng)尖度的耐熱耐燒蝕的變形耗能頭錐。
說明在附圖1中，尾翼(4)由兩部分構(gòu)成，一是板片狀的尾翼，二是位于外圍的環(huán)狀尾翼，環(huán)狀尾翼的后端翻邊可以看作為尾裙(5)，該翻邊尾裙的翻邊角度可為直角、也可以為其它角度，翻邊的大小，根據(jù)飛行穩(wěn)定及減速制動(dòng)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)、測試、改進(jìn)。
類似的結(jié)構(gòu)，還有格柵形尾翼、大開縫環(huán)帆式尾翼(參照織物開縫降落傘)等；使用后一種型式的尾翼，會使它發(fā)揮類似于耐高溫的微型降落傘的功用。
在附圖1中尾翼(4)及尾裙(5)沒有向最后端設(shè)置，是考慮使它們不影響降落傘的打開；具體設(shè)計(jì)尾翼(4)及尾裙(5)時(shí)，應(yīng)該與降落傘艙的設(shè)計(jì)修改進(jìn)行協(xié)調(diào)。
應(yīng)該注意，返回艙(1)的頭部、尾部是根據(jù)其返回地面過程中的飛行方向而定的；在火箭發(fā)射及飛船繞地球的過程中，返回艙(1)的前進(jìn)方向是尾部在前、頭部在后的。
由于返回大氣層之中以后，會與空氣劇烈摩擦發(fā)熱及產(chǎn)生過載，返回艙(1)不得不采取三艙結(jié)構(gòu)，以便最大限度地減輕其自身重量，其表面特別是其頭部，不得不采用耐高溫金屬制造，并采取涂抗燒蝕涂料、安裝可拋棄的防熱大底等可靠的防熱措施。
在返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置有采用具有抗燒蝕涂層或面層的耐熱金屬制作的片狀或環(huán)狀或格柵狀的尾翼(4)或尾裙(5)后，可以大幅度地分擔(dān)、減輕返回艙(1)的表面熱負(fù)荷和過載負(fù)荷，提高其返回安全性、飛行穩(wěn)定性，飛行可操控性。
筒狀尾翼，是指像捆綁式火箭那樣的與返回艙并列的筒形體，其筒內(nèi)具有一定量的空間。
片狀尾翼及環(huán)狀尾翼也可使其加厚中空，使其內(nèi)部具有一定量的空間。筒狀尾翼還可以如后面所述，在其中設(shè)置推進(jìn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或逃逸火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
但是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，薄板狀的尾翼是最簡單、最輕便、最廉價(jià)、最牢固、最有利于耐高溫、抗燒蝕的。
相對于尾翼(4)，設(shè)置活動(dòng)或固定的前翼片，是為了增加返回艙頭部的升力，使其在大氣層中飛行更加穩(wěn)定、更加平衡、更具操控性。前翼片應(yīng)該設(shè)計(jì)得盡量小一些、短一些。
在附圖1中，返回艙(1)上的尾翼的外端安裝有環(huán)翼，該環(huán)翼上的翻邊也可以向內(nèi)翻，該翻邊的作用，在外翻時(shí)相當(dāng)于一個(gè)小的尾裙。
附圖1所示返回式宇宙飛船的進(jìn)一步的特征在于在返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置的尾翼(4)或尾裙(5)的后端不超過返回艙(1)的尾部與軌道艙(3)的結(jié)合面的位置，或不超過軌道艙(3)的前面所處的位置；而且，尾翼(4)或尾裙(5)的最大直徑不超過所在位置處的整流罩的內(nèi)徑。
說明軌道艙(3)的前面在火箭上時(shí)，是位于該軌道艙(3)的下面。
安裝這樣的尾翼(4)或尾裙(5)的優(yōu)點(diǎn)是對返回艙(1)的改動(dòng)很小，特別是一點(diǎn)也不需要對飛船的其它大部件及運(yùn)載火箭進(jìn)行任何改動(dòng)。因而本方案特別容易進(jìn)入實(shí)施。這屬于對三艙式飛船的小改進(jìn)方案之一。
在附圖2所示的實(shí)施例中，其特征在于a.在返回艙(1)的環(huán)狀尾翼(4)的翻邊狀尾裙(5)的前面，設(shè)置有可操控的格柵狀的活動(dòng)尾翼(4)；b.環(huán)狀尾翼(4)通過尾裙(5)與返回艙(1)的側(cè)壁面連接；加上后端面的封底后，組成了一個(gè)密封的夾層艙，可以將活動(dòng)尾翼(4)的機(jī)械操控裝置及降落傘艙、備降傘艙均設(shè)置在該夾層艙內(nèi)。
說明活動(dòng)尾翼(4)的機(jī)械操控機(jī)構(gòu)可以設(shè)置在返回艙的體內(nèi)、尾裙內(nèi)或附著在它們外表的特制箱體內(nèi)。必須注意的是與活動(dòng)尾翼連接的回轉(zhuǎn)軸應(yīng)有氣密結(jié)構(gòu)，應(yīng)耐高溫或涂耐燒蝕涂層。
在本實(shí)施例中，環(huán)狀尾翼(4)與尾裙(5)連在一起，可以看作一個(gè)母線為曲線的整體尾裙；在這里，高效地利用了該尾裙與返回艙的艙壁之間的夾層空間，將活動(dòng)尾翼(4)的機(jī)械操控機(jī)構(gòu)及降落傘艙、備降傘艙設(shè)置在該夾層艙內(nèi)。從下文可以看到，這種空間還有其它的高效利用方式。
活動(dòng)或固定的尾翼做成格柵狀，其形體比較小巧一些，有利于整體設(shè)計(jì)。
降落傘艙、備降傘艙設(shè)置在該夾層艙內(nèi)，它們的傘艙蓋將設(shè)置在后端面的封底上；它們應(yīng)與活動(dòng)尾翼(4)的機(jī)械操控裝置交錯(cuò)配置，以免干擾；如果夾層的厚度不夠的話，可以向返回艙(1)之內(nèi)凹進(jìn)去，借一些體積。
在其后的附圖3、4、5中，返回艙(1)上的固定尾翼(4)也被畫為格柵狀的環(huán)翼，這樣做，其尺寸較小、氣動(dòng)力較大，而耐燒蝕性依然很好；而且其外緣表面可以用作固定筒形裝置(11)。
返回艙(1)采用尾翼(4)或尾裙(5)后，它們產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力合力的作用點(diǎn)將位于返回艙(1)的后端，這會使返回艙(1)的總體氣動(dòng)阻力的作用點(diǎn)的位置大幅度地后移，使該作用點(diǎn)落在返回艙(1)的重心后面的距離加大，使返回艙(1)在大氣層中的飛行穩(wěn)定性大大增強(qiáng)；從而使它的飛行安全性大大增強(qiáng)。可以在很大程度上說，這使得在返回艙上安裝的8個(gè)飛行姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)將不再需要，可以取消；至少可以降低對它們的安全可靠性及控制精度、控制及時(shí)性的嚴(yán)格要求。
請注意這8個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的操控的整個(gè)過程，均發(fā)生在離地面140公里以內(nèi)的返回過程中，其間返回艙與空氣劇烈摩擦，產(chǎn)生極高的溫度、極大的擾動(dòng)，甚至于其中有一半以上的路程處于隔絕無線電聯(lián)系的黑障之中。這與這種操控所必需的精確度、及時(shí)度、重要度形成了鮮明的對比，形成了一對無比尖銳、難以調(diào)和的矛盾。所謂養(yǎng)兵千日、用兵一時(shí)，為了這8個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)這幾分鐘的操控，需要專門安排多少的高科技人員、高科技設(shè)備為其提供兢兢業(yè)業(yè)的服務(wù)，而一旦發(fā)生錯(cuò)誤、疏忽，故障，后果將難以想象------。此外，這8個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的劇毒燃料會泄漏到返回艙內(nèi)外，危及宇航員及地面接機(jī)人員的生命健康，這也是使飛船設(shè)計(jì)人員大傷腦筋的問題?，F(xiàn)在能夠取消這8個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，以及下面將要提及的，能夠高質(zhì)量、高性能地取代、簡化飛船的昂貴、復(fù)雜而至關(guān)重要的逃逸塔、推進(jìn)艙、軌道艙、整流罩的種種方案、方法，能夠?qū)⑺鼈兿蚓啞⒄蠟橐惑w的方向推進(jìn)，這是多么值得慶賀、大快人心的事情！采用尾翼(4)或尾裙(5)來分擔(dān)減少返回艙(1)的頭部大底等主關(guān)部位的發(fā)熱負(fù)荷也是很有利的因?yàn)槲惨?4)或尾裙(5)位于返回艙(1)的外部，尤其是采用薄板狀的翼片時(shí)，由于傳熱熱橋面積小，其產(chǎn)生的熱量較少會傳到返回艙(1)的本體部分，對其造成破壞；而且這種尾翼或尾翼片(4)或尾裙(5)可以采用耐高溫的金屬如鈦、高鎳鉻含量的耐高溫不銹鋼、含鎢、鈮、鈦、鎳、鉻等金屬成分的耐高溫合金鋼制作，表面可涂復(fù)耐熱耐燒蝕的隔熱、耐熱材料，可以涂復(fù)高溫高效紅外輻射材料進(jìn)行散熱；特別是尾翼(4)可以采用兩面散熱、減少尾翼片厚度的辦法，尾裙(5)在采取這些措施的基礎(chǔ)上，還可以采用內(nèi)襯隔熱層的辦法來減少傳向返回艙(1)的本體部分的熱量。
鐘形返回艙的頭部本身已經(jīng)具有一定程度的流線型形狀，使它適當(dāng)變尖的意思是可以使返回艙的頭部的流線型的程度加大一些，因?yàn)樘砑恿宋惨?4)、尾裙(5)之后，對其頭部氣動(dòng)制動(dòng)力的要求可以得到大幅度的降低；此外使它適當(dāng)變尖還會有其它的有益作用。其中在其頭部添加的耐熱耐燒蝕頭錐，其頭椎后面的空腔內(nèi)可以安裝一個(gè)或一組緩沖氣囊，該頭錐也可以是一個(gè)具有適當(dāng)大小、形狀、剛硬性的，抽成真空的薄殼容器(也可以不抽真空)。其優(yōu)點(diǎn)是很簡單、很輕、耐熱性能和隔熱性能特別好、容易達(dá)到碰撞變形耗能的性能或目的。
至于如何使其結(jié)構(gòu)既簡單、又具有更好的碰撞變形耗能性能，可參考轎車行業(yè)的變形耗能防撞措施，他們有很成熟的設(shè)計(jì)和檢測經(jīng)驗(yàn)。
綜合地說，添加尾翼(4)、尾裙(5)及頭錐后，能大幅度分擔(dān)鐘形返回艙的頭部和其它部分的氣動(dòng)熱負(fù)荷，而其自身又利于承受熱負(fù)荷、發(fā)散熱負(fù)荷、并有較好的隔熱性能，采用它們之后，能有效地提高返回艙的返回安全性能。這里面涉及的內(nèi)容和產(chǎn)生的好處及其應(yīng)用用途，明顯地還有很多，如這些結(jié)構(gòu)均為輕、薄、簡、廉等，這里不一一細(xì)述。
從結(jié)構(gòu)上看，就如后面的敘述一樣，本實(shí)施例或本發(fā)明的飛船對三艙式宇宙飛船的改進(jìn)可以很大，很多；也可以很小、很不起眼，只是利用和現(xiàn)有火箭整流罩之內(nèi)原本無用的閑置空間，簡單地在返回艙尾部增加了尾翼(4)或尾裙(5)；如添加的尾裙(5)可以只是返回艙(1)的尾端向著側(cè)面的一道小小的翻邊。然而它們可能對返回艙的返回制動(dòng)過程以及整個(gè)飛船的設(shè)計(jì)、制造及最終使用性能，產(chǎn)生極大的、極為有益的作用
首先，它們在大氣層中會產(chǎn)生額外的空氣阻力，從而使返回艙(1)的空氣阻力合力的作用點(diǎn)顯著后移，從而使返回艙(1)在空氣中飛行時(shí)，更加穩(wěn)定，成為自穩(wěn)定的飛行體，使得減少或取消返回艙(1)的飛船姿態(tài)控制的控制力度成為可能；返回艙有8臺發(fā)動(dòng)機(jī)，返回過程中穿越大氣層會使飛船姿態(tài)不穩(wěn)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)精確著陸，需要對飛船進(jìn)行非常及時(shí)非常精確的姿態(tài)升力控制，否則，隨時(shí)會產(chǎn)生極其有害的返回艙(1)的搖震、翻滾動(dòng)作。事實(shí)上，據(jù)第二個(gè)太空旅客的敘述，返回艙返回過程中的搖震、晃動(dòng)動(dòng)作是很大很明顯的。而且這些發(fā)動(dòng)機(jī)采用的推進(jìn)劑為四氧化二氮/二甲基肼等，屬于劇毒化工品，其微量泄漏的問題很難解決。
其次，在大氣層高速飛行時(shí)，尾翼(4)或尾裙(5)將產(chǎn)生很大的飛行阻力、很大的制動(dòng)效用，而制動(dòng)力、制動(dòng)總能量的不足，是飛船采用三艙結(jié)構(gòu)的根本原因。現(xiàn)在通過設(shè)置適當(dāng)大小形狀的尾翼(4)或尾裙(5)，可以根據(jù)需要，幾乎是任意地、大幅度地增加返回艙(1)的制動(dòng)力及制動(dòng)總能量，當(dāng)然這種增加，應(yīng)該控制在科學(xué)、合理、精確計(jì)算、實(shí)驗(yàn)證實(shí)的范圍里，至少是不能使宇航員受到的過載超過6G或其它的設(shè)定過載值。因此一個(gè)具有極大好處的可能性出現(xiàn)了在安裝足夠有效的尾翼(4)或尾裙(5)的前提下，可以安全可靠地將宇宙飛船的返回艙的重量大大增加或者將它的三艙結(jié)構(gòu)變形簡化成兩艙結(jié)構(gòu)或單艙結(jié)構(gòu)。
再次，添加設(shè)置的尾翼(4)或尾裙(5)能很大比率地分擔(dān)返回艙外表面、特別是其大底的制動(dòng)熱負(fù)荷，降低返回艙因?yàn)橹苿?dòng)熱負(fù)荷太大，而產(chǎn)生的燒毀、熱損傷或艙內(nèi)熱環(huán)境過于惡化等種種不利情況出現(xiàn)的危險(xiǎn)性。因?yàn)榉祷嘏撏獗砻娴闹苿?dòng)熱負(fù)荷產(chǎn)生于它與大氣的摩擦阻力；歸根結(jié)底是由它所具有的動(dòng)能及勢能轉(zhuǎn)化而來，而返回艙的返回動(dòng)能及勢能是一定的，不會產(chǎn)生突然的變化。尾翼(4)或尾裙(5)大比率地分擔(dān)返回艙外表面、特別是其大底的制動(dòng)熱負(fù)荷后，自然會有效降低返回艙外表面、特別是其大底的制動(dòng)熱量或制動(dòng)溫度。這同樣會導(dǎo)致上面所提出的具有極大好處的可能性出現(xiàn)可以安全可靠地將返回式宇宙飛船的返回艙的重量大大增加或者將它的三艙結(jié)構(gòu)簡化成兩艙結(jié)構(gòu)或單艙結(jié)構(gòu)。
此外，尾翼(4)很容易設(shè)計(jì)和制造成可操控的活動(dòng)尾翼，制造成方向舵及高低舵，這種活動(dòng)尾翼或舵，可以像導(dǎo)彈的各種控制舵那樣，做成輕量薄片狀，既廉價(jià)，耐熱性能又好；它可以對返回艙(1)的返回飛行像航天飛機(jī)一樣進(jìn)行操控飛行，當(dāng)然由于這種舵的簡易性、簡單性，小型性，其對返回艙的操控性能，也會差一些，然而相對于現(xiàn)有的鐘形返回艙的操控性能卻是會有極大程度的提升。這實(shí)際上使返回艙具有了航天飛機(jī)的種種好處，而避免了航天飛機(jī)的種種不利，特別是避免了航天飛機(jī)機(jī)體的昂貴、重大、復(fù)雜、危險(xiǎn)。
相對原有飛船或航天飛機(jī)的那些好處可以歸納為1、可在大氣層的高層、低層或中層，自主能動(dòng)地操控飛行路線。這將使飛船返回地面的路線形式大大增加，使這種路線形式擺脫現(xiàn)有阿波羅號飛船、聯(lián)盟號飛船、包括神舟號飛船返回地面的路線形式的索縛；例如，可以將主要的制動(dòng)發(fā)熱過程即黑障過程控制在大氣層的高層、并使黑障的程度減輕甚至于消失，使得飛船能夠在與地面保持無線電聯(lián)系的情況下，自主能動(dòng)地操控飛行路線，從容穿越大氣層，返回地面。
2、可以操控飛船進(jìn)行相對而言幅度較大的的起伏、曲折、盤旋飛行，對飛船的飛行制動(dòng)路程包括下降速度、方向路線、飛行路徑，表面發(fā)熱過程進(jìn)行自主能動(dòng)的操控分配，降低返回危險(xiǎn)程度，減少對遠(yuǎn)望船隊(duì)和其他地面測控力量的依賴，減少對測控精度和測控點(diǎn)的密度的嚴(yán)酷高要求。從而可以大大減少測控隊(duì)伍，減少測控的時(shí)間長度和地域面積，減少測控及其他相關(guān)的工作量，甚至于可以把盤旋飛行的飛船的返回測控路程全部安排在我國國內(nèi)或國內(nèi)的某一地區(qū)、某一地點(diǎn)，使飛船返回艙的返回飛行的復(fù)雜程度向飛機(jī)或航天飛機(jī)降落的復(fù)雜程度靠攏，從而大幅度地降低飛船的發(fā)射運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)和成本。
3、操控飛船不是依靠間隙、短暫工作的、必須進(jìn)行極為精確測控和操控的昂貴的姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)及其操控體系，而是依靠能連續(xù)不間斷操控的廉價(jià)的氣動(dòng)升力尾翼進(jìn)行的；既簡易廉價(jià)，又安全可靠。毫無疑問，這當(dāng)然是極為有益的；且不說這個(gè)優(yōu)點(diǎn)和本發(fā)明飛船的其它優(yōu)點(diǎn)會對飛船的設(shè)計(jì)、制造、發(fā)射準(zhǔn)備、發(fā)射、運(yùn)行、返回、地面指揮、測控、后勤保障及其安全、經(jīng)濟(jì)性能帶來極大的、突破性的簡化、改善、提升------；僅僅是減輕設(shè)計(jì)、發(fā)射、測控、保障等系統(tǒng)的廣大工作人員、指揮人員的心理負(fù)擔(dān)、提高他們的成功信心，其巨大意義就不可低估。
4、該種采用可操控尾翼操控返回艙在空氣中飛行方向的特性，還十分有利于發(fā)射飛船過程中的高空逃逸時(shí)的準(zhǔn)確定點(diǎn)降落，使其及時(shí)得到救助。高空逃逸時(shí)，可能降落的地段為5000多公里長度的海域，其中只有三個(gè)定點(diǎn)救助點(diǎn)，怎樣準(zhǔn)確地飛落向救助點(diǎn)，是一個(gè)很大的難題。現(xiàn)在有了可操控尾翼來操控返回艙落向救助點(diǎn)，這應(yīng)該是一件極大的好事情。
5、有利于制作多次往返的飛船，由于有了上述的種種優(yōu)點(diǎn)由于飛船的制動(dòng)性能、操控性能能得到根本性的提升；由于飛船的多艙結(jié)構(gòu)能在保持及提升性能的基礎(chǔ)上大大簡化、使飛船由相對較為零碎的離散結(jié)構(gòu)向包容度大的整體結(jié)構(gòu)發(fā)展，并且能大幅度地增加其體積、增加其有效負(fù)荷重量及總重量；這就為對這種飛船進(jìn)行有目的的整合、包容、改進(jìn)、為將這種飛船改進(jìn)到可以類似于航天飛機(jī)那樣，進(jìn)行自主操控、多次在地面或空間之間往返的飛船，創(chuàng)造了最有利的前提條件。當(dāng)然這種自主操控僅僅是簡易的、有限的，多次往返的飛船并不要求是飛船的全部重量，只要求其最主要、最昂貴的部分得到重復(fù)的利用。
6、達(dá)到上述的極佳效果，所需要的成本極小極小?？梢宰饕恍┍Ｊ氐墓浪恪?br> 例如，作為小改進(jìn)，設(shè)置一副尾翼、尾裙，可能只需要幾十公斤金屬材料，價(jià)值最多數(shù)萬元，靠慮到幾十公斤重量的發(fā)射費(fèi)用，總費(fèi)用約為200到500萬元。而可能精簡的部件、器材、勞務(wù)、服務(wù)費(fèi)用可以達(dá)到幾千萬元以上，還不包括提高安全性、加快研發(fā)進(jìn)度、回收重復(fù)利用等所帶來的更大效益。
例如，作為中改進(jìn)，返回艙的殼體表面積增加一倍、增加到45m2時(shí)，其體積可由9m3左右增加到25m3左右，增加體積175％以上。大約折算為每耗費(fèi)40公斤殼體材料或4萬元成本，會得到超過1m3左右的返回艙的有效空間；考慮到40公斤重量的發(fā)射費(fèi)用大約是400萬元，總費(fèi)用約為410萬元。而這種空間的價(jià)值，根據(jù)9億元的發(fā)射成本計(jì)算，應(yīng)該超過5000萬元/m3。兩者的比為1比12；這還沒有計(jì)算其極為巨大的間接的好處。
又例如，在后面，我們會看到，作為大改進(jìn)，不但會有上述中改進(jìn)所述的1比12的好處，還會從精簡或去消逃逸塔、推進(jìn)艙、軌道艙、整流罩等大部件中得到更大的好處。不僅如此，通過加掛貨艙，還可以使其具有比它重十倍的航天飛機(jī)還要巨大得多的貨運(yùn)能力。
我們還應(yīng)該注意本發(fā)明的往返飛船的性能價(jià)格比及安全性能本身已經(jīng)是大大地好于三艙式飛船，比航天飛機(jī)就更加要好了。
如美國航天飛機(jī)自身的重量就達(dá)77至80噸、不管運(yùn)送多少東西、人員，首先要把這么大的物體，送上天空和接回地面，特別是其體內(nèi)含有體積巨大、形體不規(guī)整的主發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架、貨艙等三艙式飛船所沒有的巨大部件，其外表面積達(dá)到2000m2左右，其中包括機(jī)翼、尾翼、起落架艙、貨艙等受力巨大、高溫條件惡劣多變的薄弱部件，(其中的尾翼與本發(fā)明所述的較小面積的薄板狀尾翼的耐高溫性能和受力性能是不能相提并論的。此外返回艙的表面積只有航天飛機(jī)的2％左右，如神6返回艙的表面積只有20多m2)一句話，本發(fā)明的往返飛船的載客載貨性能直追航天飛機(jī)，并有大幅度超過它的潛力；而性能價(jià)格比及安全性能將比航天飛機(jī)好得很多很多。
為了進(jìn)一步地提高本發(fā)明飛船的返回艙的返回安全性、減少其落地沖擊力，消除其甩大底的必要性，可以采用阿波羅飛船的在海面或湖面濺落的方式，以本發(fā)明飛船的對飛行路線和落點(diǎn)的準(zhǔn)確操控性、極小的落點(diǎn)散布性，以我國現(xiàn)有改革開放的形勢，在大多數(shù)情況下，應(yīng)該不會有大的不便。
總之，對返回艙如本發(fā)明那樣添加尾翼，改動(dòng)雖不大，其效用確會是突破性的、根本性的、歷史性的，極為巨大的；這實(shí)際上屬于對現(xiàn)有的三艙式宇宙飛船與航天飛機(jī)、導(dǎo)彈、降落傘之間進(jìn)行了一種極為有效的創(chuàng)新整合；由于這種改進(jìn)、創(chuàng)新、整合具有上述的種種優(yōu)點(diǎn)好處、非常值得抓緊進(jìn)行，深入發(fā)掘。
實(shí)際上，本發(fā)明的方案確實(shí)還具有很多可以深耕細(xì)作，發(fā)揚(yáng)光大的地方。
如圖1那樣利用設(shè)置尾翼(4)及尾裙(5)，使它們的后端不超過返回艙(1)的尾部與軌道艙(3)的結(jié)合面的位置、或不超過軌道艙(3)的前面所處的位置；而且，尾翼(4)或尾裙(5)的最大直徑不超過所在位置處的整流罩的內(nèi)徑；在本發(fā)明中只能稱之為小改進(jìn)。
在為返回艙(1)設(shè)置精心設(shè)計(jì)、具有必要的、良好的氣動(dòng)制動(dòng)能力的尾翼的基礎(chǔ)上，可以對三艙式飛船進(jìn)行返回艙的外形、直徑、高度等方面的小改進(jìn)；也可以進(jìn)行返回艙的加層、加粗等方面的中改進(jìn)；還可以在保持飛船倒向發(fā)射、正向返回的基礎(chǔ)上，對飛船的三艙結(jié)構(gòu)和拖拉機(jī)方式的逃逸火箭型式進(jìn)行大改進(jìn)。
進(jìn)行大改之后，將可以使該飛船獲得許多航天飛機(jī)才具有的性能其最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是使飛船的關(guān)鍵的、主體的部分可以有限多次地重復(fù)使用；另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是可以將本發(fā)明的飛船作為“拖船”或“頂推船”，用作拖帶獨(dú)立載貨艙的“兩級或多級列車式宇宙飛船”。
附圖3所示的實(shí)施例可看作是對飛船的中改進(jìn)。
在附圖3所示的實(shí)施例中的宇宙飛船中，返回艙(1)的尾部的側(cè)面，設(shè)置了尾裙(5)。尾裙(5)的大小、形狀應(yīng)該根據(jù)具體的需要和結(jié)構(gòu)上的可能性來精心設(shè)計(jì)；但是；不管怎么說，尾裙(5)的直徑要明顯地大于鐘形返回艙(1)的尾部的直徑；而且這兩個(gè)直徑的差值是可以設(shè)計(jì)得比較大一些的；例如在保持整流罩直徑不變的條件下，可以將神舟號宇宙飛船的返回艙(1)的尾裙的最大直徑設(shè)計(jì)為不超過3.3米左右，這樣做法，將不會影響其在整流罩中的安裝，因?yàn)?，整流罩的最大直徑?.6米。注意，此3.3米的直徑，比返回艙(1)在此處的直徑(約2.3米至1.5米左右)大得多，規(guī)整得多；這兩者之間包含的夾層空間決不是一個(gè)可以忽略不計(jì)的小體積。
在附圖3所示的實(shí)施例中的宇宙飛船中，就對這相當(dāng)大的體積進(jìn)行了積極的利用；其特征在于a.返回艙(1)尾部的側(cè)壁向外擴(kuò)展，與在它上面設(shè)置的采用具有抗燒蝕面層的耐熱金屬制作的尾裙(5)合二為一，從而使該返回艙(1)的形狀變成為具有相對而言更大容積的圓柱形或近似于圓柱形的結(jié)構(gòu)形式；b.可以將返回艙(1)的高度沿軸線適當(dāng)?shù)丶哟?，在加高的返回?1)的高度中間部位，設(shè)置具有人體進(jìn)出口(10)的隔板或地板(9)，使其成為無樓梯的兩層樓結(jié)構(gòu)或多層樓結(jié)構(gòu)；c.可以將該返回艙(1)的頭部大底(6)或者是將其添加的頭錐的部分或全部外殼做成金屬薄板質(zhì)地的變形耗能部件(7)；或在大底(6)之前面所添加的頭錐的殼體后面的空腔中，安裝用作變形耗能的氣囊(8)，或者將這兩者結(jié)合起來。
這樣做法，非常簡單實(shí)用，這種兩層樓結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明所述的宇宙飛船的性能又向接近龐大的航天飛機(jī)的性能邁進(jìn)了一大步，航天飛機(jī)的駕駛艙就是兩層樓結(jié)構(gòu)，很便于宇航員的休息和工作。
如果單純從運(yùn)載宇航員的運(yùn)載飛船的角度考慮，可以在二層樓上也設(shè)置坐位，如附圖3中用虛線所表示的座位那樣，使該飛船的載人數(shù)量達(dá)到6至7人以上；如果，進(jìn)一步增加該返回艙的直徑、高度及樓層數(shù)，甚至可以將它的載人數(shù)量增加到十多人、二十人左右。這對于開展宇航旅游及其他宇航事業(yè)無疑是一條多快好省的路子。當(dāng)然，返回艙加大、加重了，運(yùn)載火箭的運(yùn)能也必須相應(yīng)地予以增加。
附圖4及5所示的實(shí)施例可看作是對飛船的大改進(jìn)。
圖4.a所示的實(shí)施例中的具有尾翼(4)、尾裙(5)的返回艙的飛船的一個(gè)主要特征是去消位于在火箭飛船組合體最上端或在是軌道艙后端的逃逸火箭，而將其整編、變形為筒形裝置(11)，安裝到返回艙的尾翼(4)、尾裙(5)所在的部位去。
圖4.a所示的實(shí)施例中的具有尾翼(4)、尾裙(5)的返回艙的飛船的另一個(gè)主要特征是去消位于在火箭飛船組合體的返回艙(1)的下面的推進(jìn)艙(2)，而將其整編、變形為筒形裝置(11)，安裝到返回艙的尾翼(4)、尾裙(5)所在的部位去。
圖4.a是縱剖面示意圖，圖4.b是它的俯視示意圖。
在圖4.b中，有四個(gè)筒形裝置(11)，其中，兩個(gè)用于安裝變軌推進(jìn)火箭，兩個(gè)用于安裝逃逸火箭，它們分別兩兩相對稱安裝。
綜合地說，這兩個(gè)實(shí)施例的特征在于a.在返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置有固定尾翼或可操控的活動(dòng)尾翼(4)或尾裙(5)，或它們的組合；b.去消位于在火箭飛船組合體最上端或在軌道艙上端的逃逸火箭，在尾翼或尾裙的外端對稱地設(shè)置一對或幾對逃逸火箭；或者去消位于火箭飛船組合體的返回艙(1)的下面的推進(jìn)艙(2)，并將其中的轉(zhuǎn)軌、調(diào)軌火箭體系特別地設(shè)計(jì)制作成空心環(huán)筒形裝置(11)、或設(shè)計(jì)成相同或大體相同的一對或幾對筒形裝置(11)，依靠固定尾翼或直接地活動(dòng)連接在返回艙(1)或尾裙(5)的周圍或兩側(cè)；或者同時(shí)實(shí)施這兩種結(jié)構(gòu)改變。
c.在原先安裝推進(jìn)艙(2)的位置處可以安裝下置式貨艙或具有筒體壁的艙形貨物，在原先安裝逃逸塔的位置處可以安裝上置式貨艙或具有筒體壁的艙形貨物，說明1.進(jìn)行上述形式的改進(jìn)后，逃逸火箭可以不在發(fā)射120秒時(shí)，與飛船脫離，而將其用作第三級火箭、或用于輔助變軌、或用于退出軌道時(shí)的制動(dòng)推進(jìn)，以節(jié)省推進(jìn)艙的燃料，從而可以延長飛船在軌壽命。
逃逸火箭的設(shè)置使飛船發(fā)射的航天員安全性指標(biāo)達(dá)到0.997；而長征-2F火箭的發(fā)射可靠性為97％，這有效地地提升了載人飛船航天員的發(fā)射安全性。但是其付出的代價(jià)也是極大的。首先，其結(jié)構(gòu)和控制程序復(fù)雜，它的重量達(dá)好幾千公斤、包括噴管的體形達(dá)8米×Φ1.5米以上，自身價(jià)格達(dá)數(shù)千萬元，占用了許多寶貴的火箭承載資源。其次，其形體下部正壓在載人飛船的整流罩的上方，發(fā)生事故啟用該逃逸火箭后，幾秒鐘之后，它還必須立即脫離飛船，以便解放整流罩及安裝在其中的返回艙、軌道艙、推進(jìn)艙，使得返回艙能夠進(jìn)一步與其它兩個(gè)艙體分離，開傘降落。而且，即使發(fā)射正常，逃逸火箭也必須在120秒時(shí)，點(diǎn)火發(fā)動(dòng)，脫離飛船與火箭。這兩個(gè)過程，絕對容不得出半點(diǎn)差錯(cuò)，要求有接近100％的可靠性。從火箭發(fā)射出現(xiàn)事故，進(jìn)行緊急補(bǔ)救方面來講，采用逃逸火箭，確實(shí)起到很大作用。但是在火箭正常發(fā)射時(shí)，采用逃逸火箭，卻是降低了火箭的發(fā)射成功率。為了提高飛船發(fā)射的可靠性，化費(fèi)極為巨大的代價(jià)給其安裝了極為昂貴的逃逸火箭，卻換來了，兩個(gè)事關(guān)全局，命垂一線，不容出現(xiàn)絲毫差錯(cuò)的關(guān)鍵性的分離時(shí)機(jī)，這實(shí)在是很大很大的矛盾。
現(xiàn)在將逃逸火箭安裝在返回艙尾部側(cè)面或它的尾翼上，實(shí)在是一個(gè)很好的改進(jìn)首先，它的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管不用拐彎，結(jié)構(gòu)會簡化、重量會減輕、價(jià)格會降低。
其次，逃逸火箭不再正壓在整流罩之上，一定程度上解脫了與整流罩及整個(gè)飛船的極其緊密、極其危險(xiǎn)的聯(lián)鎖關(guān)系。這種解鎖，對飛船的安全可靠性大有好處，例如逃逸火箭處在飛船側(cè)面，即使逃逸火箭沒有脫離飛船，返回艙也有辦法帶著逃逸火箭，開傘降落。
再次，逃逸火箭不在發(fā)射后120秒時(shí)點(diǎn)火脫離火箭和飛船；還可以省掉附著在整流罩上的4個(gè)高空逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)高空分離發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外，在發(fā)射正常的情況下，逃逸火箭可以不在發(fā)射后120秒時(shí)點(diǎn)火脫離火箭和飛船；可以將該逃逸火箭轉(zhuǎn)化為用于飛船轉(zhuǎn)軌的發(fā)動(dòng)機(jī)，使其起到第三級火箭的作用或起到輔助的轉(zhuǎn)軌發(fā)動(dòng)機(jī)的作用，至少起到增加推進(jìn)艙轉(zhuǎn)軌、制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料儲備、增長飛船在軌機(jī)動(dòng)時(shí)間或在軌壽命的作用。注意無論逃逸火箭采用固體燃料還是采用液體燃料，只要逃逸火箭的自身重量設(shè)計(jì)得比較輕，都可以發(fā)揮這種作用。從減少火箭燃料種類的角度看，以采用同轉(zhuǎn)軌發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的液體燃料為好；這樣做法，只要加大轉(zhuǎn)軌發(fā)動(dòng)機(jī)的推力到足夠程度或者另外增加一些發(fā)動(dòng)機(jī)噴口，就可以使轉(zhuǎn)軌發(fā)動(dòng)機(jī)的儲備燃料，一物兩用發(fā)射正常時(shí)，用作轉(zhuǎn)軌、姿態(tài)控制、制動(dòng)。發(fā)射發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，用作飛船的逃逸。正好，這兩種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料儲備的總能量，相差不是太多，完全可以做到一物兩用。
2.去消位于火箭飛船組合體的返回艙(1)的下面的推進(jìn)艙(2)，將其中的設(shè)備裝置，整改變形搬移到返回艙(1)的內(nèi)部或外部去。其中的轉(zhuǎn)軌、調(diào)軌主發(fā)動(dòng)機(jī)體系可以特別地設(shè)計(jì)制作成空心環(huán)筒形、或設(shè)計(jì)成相同或大體相同的兩個(gè)筒形裝置(11)，依靠固定尾翼或直接地活動(dòng)連接在返回艙(1)或尾裙(5)的周圍或兩側(cè)。這實(shí)際上是將返回艙(1)與推進(jìn)艙(2)的連接由串聯(lián)結(jié)構(gòu)改變?yōu)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)。在這種改變中，原先推進(jìn)艙中的除發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)之外的部件或物品可以分流裝入擴(kuò)大后的返回艙(1)之中去；這在重復(fù)回收利用飛船時(shí)，對提高飛船的重復(fù)利用系數(shù)也大有好處。但是應(yīng)注意，調(diào)整飛船姿態(tài)的一系列小發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)該跟隨推進(jìn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將它們設(shè)置在筒形裝置(11)的上端等處，使各個(gè)噴口面向需要面向的方向。
也可以同時(shí)實(shí)施這兩種結(jié)構(gòu)改變，將逃逸塔及推進(jìn)艙(2)兩者都搬移到返回艙(1)的側(cè)面的尾翼部位去。但是必須注意，應(yīng)將逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行很好的設(shè)計(jì)，將他們分別分割并組合成相同或大體相同的筒狀流線型單元體，對稱地配置在返回艙(1)的側(cè)面周圍；其特例是將它們組合整形做成整體的環(huán)狀體，進(jìn)行配置?；顒?dòng)連接，是指通過爆炸螺栓等可以進(jìn)行受控制分離的連接件進(jìn)行連接。
返回艙(1)與推進(jìn)艙(2)的連接由串聯(lián)結(jié)構(gòu)改變?yōu)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)首先在于，減少返回艙(1)返回地面時(shí)必須拋棄的物體，因?yàn)樵黾游惨砦踩怪?，返回?1)的制動(dòng)能力已經(jīng)可以自主地大幅度地增加，因而其重量及體積均可以得到增加。這樣做，將會更充分地發(fā)揮這些尾翼尾裙的潛在性能。
其次在于，增加尾翼尾裙之后，如前所述，返回艙(1)便于做成可多次重復(fù)利用的返回艙，既然要重復(fù)利用，其重復(fù)利用的比率或價(jià)值比率當(dāng)然是越高越好。
再次在于，推進(jìn)艙(2)與返回艙(1)之間的管線連接，可以變短變少，可以隱藏在尾翼或在尾翼上設(shè)置的夾層中，這使返回艙(1)及配置在其側(cè)面的逃逸塔及推進(jìn)艙(2)的變形體可以不用整流罩進(jìn)行屏蔽，可以減少、簡化整流罩的面積與結(jié)構(gòu)。
次外，將推進(jìn)艙(2)及逃逸塔搬離飛船的后端或前端之后，空出的中軸線的位置上可以用來設(shè)置前置軌道艙或后置軌道艙或貨艙或具有筒體壁的艙形貨物，特別是在配置大推力運(yùn)載火箭之后，可以做得很大很重，在火箭承載能力的范圍里，沒有限制。
這實(shí)際上就是客貨混裝的列車式宇宙飛船，這其中，宇宙飛船充當(dāng)了拖車或拖船的作用、或者是頂推拖船的作用。
這種列車式宇宙飛船比美國的航天飛機(jī)實(shí)用靈活得多因?yàn)樵摿熊囀接钪骘w船中的“拖船部分”最多只有8噸左右，只相當(dāng)于美國的航天飛機(jī)的十分之一。采用與航天飛機(jī)同等條件的運(yùn)載火箭，列車式宇宙飛船的有效貨運(yùn)載荷可以達(dá)到100噸，比航天飛機(jī)的有效貨運(yùn)載荷增加將近70噸。
試想100噸的大貨物，并且?guī)缀醪皇茇浥擉w積的限制，這是多么大的突破！這簡直可以輕松解決來往月球的宇宙飛船問題了；就是能運(yùn)載15噸或20噸重的單體大貨物也是很好的，這對采用現(xiàn)有長2-F火箭或其變形火箭解決空間站的建設(shè)問題、對發(fā)射大型地球衛(wèi)星、對一箭多星的發(fā)射多會有極大的幫助。100噸重的艙形大貨物，差不多，能將相當(dāng)大的一個(gè)空間站的主體部分，至少是許多部件的大組合體，全部都包容進(jìn)去，安裝到位，一下子運(yùn)到天上，這是多么地省事、多么地快捷、多么地安全可靠，它會使宇航員空間作業(yè)的工程量減少到最少程度。還會提高空間站的裝配質(zhì)量；因?yàn)樵诘孛嫜b配，可使用強(qiáng)力機(jī)械、工具進(jìn)行操作，可使用焊接、鉚接等空間中難以使用的裝配工藝。這將是空間站建設(shè)的一個(gè)奇跡。有了它，我們就可以以高得多的質(zhì)量、快得多的速度，建設(shè)大得多的空間站了。
再試想，這種飛船的成本是那樣低，安全性是那樣高，對高科技特別是高科技的地空精密測控的依賴性是那樣小，其相對于航天飛機(jī)及三艙式宇宙飛船的優(yōu)勢也就非常明顯、非常突出了。
當(dāng)然、高科技、地空精密測控還是很重要、很寶貴的，需要花大力氣，大力發(fā)展，但是這里論述的是安全和成本問題，這是兩回事情。畢竟不能把精力長期地、全部地、過多地化費(fèi)在地空精密測控之上，我們與航天大國的差距是全方位、總體上的，我們負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、工程制造、發(fā)射保障的廣大干部群眾應(yīng)該也必須轉(zhuǎn)移或解放部分的精力，用于發(fā)展宇宙飛船和運(yùn)載火箭乃至空間站的總體的、綜合的性能，才能使航天事業(yè)發(fā)展得更加多快好省。事實(shí)上，美俄等航天大國在載人航天事業(yè)上也是走的一條由簡到繁、又由繁到簡的道路，當(dāng)然我們要走出中國的特色出來，這更是必須要開擴(kuò)我們的視野，擴(kuò)大我們的研究范圍。
本發(fā)明上面所述的艙體并聯(lián)式的宇宙飛船的總體結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步簡化、減輕?，F(xiàn)在要對整流罩進(jìn)行簡化；其特征在于a.在對各艙室的有關(guān)外部部件(包括各種管、線)進(jìn)行精簡、整形、加固的基礎(chǔ)上，取消整體式整流罩；b.代之以局部整流罩或?qū)Ω魈柲茈姵仃嚵械淖钔庖粔K電池板進(jìn)行加固、加設(shè)流線型外形和密封鎖定及開鎖結(jié)構(gòu)，使它們具有局部的整流罩的功能。
說明對于本發(fā)明上面所述的艙體并聯(lián)式的宇宙飛船的太陽能電池帆板，可以全部集中，設(shè)置在軌道艙的兩側(cè)，也可設(shè)置在返回艙的側(cè)面，因?yàn)?，返回艙加大、加層之后，軌道艙的功能在許多情況之下，不再是不可缺少的了；很多情況之下，有了大體積的返回艙就夠了，可以取消軌道艙。而大體積的返回艙的重量會比原來得兩個(gè)艙的總重量會輕的多，并且便宜得多。
在上面所述的各個(gè)實(shí)施例中，不改變返回艙主體外殼的形狀、大小，僅僅是給其裝上尾翼尾裙，可以看作是小改。在給其裝上尾翼尾裙的同時(shí)，改變返回艙主體外殼的形狀、大小，如利用尾裙部分，擴(kuò)大該段返回艙的直徑的方案、在該方案基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加返回艙總高度的方案及進(jìn)一步將返回艙改為二層樓或多層樓結(jié)構(gòu)的方案等等，可以看作是中改。其他的涉及到將推進(jìn)艙、逃逸塔變型，與返回艙組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)的方案，及進(jìn)一步加設(shè)下置式貨艙、上置式貨艙或具有筒體壁的艙形貨物的列車式載貨宇宙飛船的方案，可以看作是大改。從以上敘述可知，不要說是中改或大改的諸多方案了，即使是小改的方案也是好處很多，很大，具有突破性的意義。另一方面，即使是大改的方案，由于作為基礎(chǔ)的各個(gè)艙室或各大部件、飛船的控制軟件和控制硬件、技術(shù)路線與原飛船的相應(yīng)物件并沒有根本性的區(qū)別或者是在原來的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展起來的，其制造與使用均可使用原有的或類似的工藝、操控設(shè)備、操控方法、操控路線。其制作成本將與原來的宇宙飛船差不多或略有降低；其性能價(jià)格比將比原來宇宙飛船有巨大幅度的提升。
本發(fā)明的宇宙飛船不但是產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能突破明顯，而且在使用方法上，與原有的鐘形返回艙的使用方法也可以有極大的不同根據(jù)上面所述的具有帶尾翼返回艙(1)的返回式宇宙飛船的返回方法，其返回方法與現(xiàn)有的三艙式或兩艙式飛船的返回艙的返回方法相近，其特征在于a.飛船推進(jìn)艙發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火制動(dòng)、推進(jìn)艙脫離返回艙(1)、返回艙(1)在120公里左右的高度進(jìn)入大氣層后，利用可操控的活動(dòng)尾翼(4)在其力所能及的范圍里、同時(shí)在航天員易于承受的超重力的范圍里操縱返回艙(1)，沿預(yù)先設(shè)定的飛行路線向地面飛行；b.與現(xiàn)有返回艙的返回過程中受到少許升力的近似拋物線的飛行路線不同，在活動(dòng)尾翼(4)的操控下，返回艙(1)在返回大氣層后，采取的飛行路線為水平平緩度較大的下降路線、或平飛路線、或起伏路線、或盤旋路線、或任意曲折路線、或這些路線的復(fù)合路線；c.活動(dòng)尾翼(4)采用地面遙控、或計(jì)算機(jī)程序控制、或手動(dòng)控制、或三種方法混合控制的方法進(jìn)行操控；如可采用高速時(shí)機(jī)控、低速時(shí)手控的方法進(jìn)行尾翼(4)的操控；d.在速度降低到1000米/秒左右時(shí)，不管高度有多高，可以拋大底；e.降落傘繩的根部或著力點(diǎn)可安排在返回艙(1)的尾端或側(cè)面重心附近；f.可以有意識地在水深較深的水面帶傘濺落，并在落下瞬間之前后割傘。
說明活動(dòng)尾翼(4)可采取薄板狀的尾翼、其平面可與返回艙的中軸線平行或垂直(也可帶有一定的角度)，其操控方式可以參照各種導(dǎo)彈方向舵片的操控方式，其操控動(dòng)力可采用宇宙飛船所必需攜帶的壓縮氣體，反正啟動(dòng)操控活動(dòng)尾翼(4)之后，最多半個(gè)小時(shí)，飛船就一定會回到地面，這些氣體多留也沒有多大的作用。如此的活動(dòng)尾翼系統(tǒng)的重量會很輕，價(jià)格會很低，也容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或手控操控。這種對返回艙飛行路線的操控性將會小于飛機(jī)或航天飛機(jī)，但是會比光禿禿的鐘形返回艙好得很多；即使返回艙采用8個(gè)采用有毒燃料的調(diào)姿發(fā)動(dòng)機(jī)后，效果也不會有氣動(dòng)舵面操控的效果好而持久。
由于加裝了活動(dòng)尾翼(4)，返回艙(1)在返回大氣層后，采取的飛行路線可以為水平平緩度較大的下降路線、或平飛路線、或起伏路線、或盤旋路線、或任意曲折路線、或這些路線的復(fù)合路線。這意味著返回艙(1)返回地面時(shí)，可采取盤旋飛行、最后傘降的方法?；顒?dòng)尾翼(4)的功能還包括，校正進(jìn)入大氣層中的返回艙的左右側(cè)傾位置，使其保持中正。
這使返回艙(1)的返回過程可以大大簡化，可以在途徑中國時(shí)的任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)由地面或宇航員自身發(fā)出信號，啟動(dòng)返回程序。返回地面的全部或部分過程中，地面或宇航員自身還可以隨時(shí)改變飛行路線。這可以使啟動(dòng)返回的投影位置點(diǎn)定在降落地點(diǎn)的前、后、左、右、中的任何位置。
這就可能大大減少地面的指揮、操控、后勤服務(wù)的人員、設(shè)備的編制的總數(shù)量，大大減少興師動(dòng)眾的程度，可以減少甚至取消“遠(yuǎn)望”船隊(duì)的出動(dòng)。如此也會使載人飛船的發(fā)射時(shí)間的限制由秋冬季擴(kuò)展到一年四季的任何時(shí)間。這會大大降低我國發(fā)射載人飛船的成本，大大加速我國宇航事業(yè)的發(fā)展速度，使我國的宇航事業(yè)得到更加多快好省的長足發(fā)展。
由于本發(fā)明的飛船返回艙的氣動(dòng)阻力的很大一部分分配給了尾翼部件，還由于該返回艙的頭部大底可以做尖，減少其氣動(dòng)阻力，因而，進(jìn)入大氣層后，大底貼合在返回艙頭部的緊壓力將會大大減少或消失，因而，拋大底的阻力或困難會變小，這有利于隨時(shí)進(jìn)行拋大底。速度降低到1000米/秒左右時(shí)，產(chǎn)生的氣動(dòng)熱量已不會進(jìn)一步提高返回艙頭部的溫度，相反會對它進(jìn)行冷卻，因此可以提前拋大底。當(dāng)然也可以如前所述，取消拋大底，取消大底部件。
為了進(jìn)一步降低落地沖擊力，可以如前所述，做成變形耗能大底，或變形耗能頭錐，還可以采用水面濺落方式或水面滑降方式。
飛船返回艙的尾部直徑如上面所述的那樣，擴(kuò)大之后，降落傘艙、備降傘艙、及它們的傘艙蓋，均可以移向返回艙的后端面上，位于艙門的側(cè)邊。其中，降落傘也可以設(shè)在返回艙的側(cè)面上方，使其在降落時(shí)能保持水平狀態(tài)，這適用于水面降落。
由于飛船返回艙加置精心設(shè)計(jì)的尾翼尾裙之后，特別是在加裝類似微型降落傘的尾翼尾裙之后，其氣動(dòng)制動(dòng)力會大幅度地上升，在通過熱障區(qū)，到達(dá)打開降落傘的時(shí)候，其氣動(dòng)平衡的降落速度會由現(xiàn)在的180米/秒左右降低到一個(gè)較其為小的平衡速度，例如降低到100米/秒；這樣會使降落傘打開時(shí)受到的沖擊力大大減小，使得有可能使用相對更小面積的降落傘，或者能夠使用無特制開縫或開縫較少的、較為廉價(jià)而小型的降落傘。(開縫的降落傘為環(huán)帆傘或開縫織物傘)同樣是根據(jù)上面所述的具有帶尾翼返回艙(1)的返回式宇宙飛船的發(fā)射飛行方法，其方法與現(xiàn)有的三艙式或兩艙式飛船的返回艙的發(fā)射飛行方法相近，其特征在于
a.將逃逸火箭通過尾翼或尾裙設(shè)置在返回艙(1)的側(cè)面，或直接設(shè)置在返回艙(1)的側(cè)面；b.將逃逸火箭的點(diǎn)火時(shí)機(jī)的范圍擴(kuò)大到返回艙制動(dòng)變軌開始返回地球的時(shí)候，使其能發(fā)揮更多的作用包括在火箭發(fā)射前900秒至飛船入軌之時(shí)用作在整個(gè)火箭發(fā)射過程中間的飛船的逃逸動(dòng)力、或在飛船變軌時(shí)用作飛船的變軌動(dòng)力、或在飛船離軌返回大氣層時(shí)，用作飛船的制動(dòng)動(dòng)力。
本發(fā)明所述那樣的推進(jìn)艙或變軌火箭，與返回艙并聯(lián)的返回式宇宙飛船的返回飛行方法，還可以作進(jìn)一步改進(jìn)。
其返回方法與現(xiàn)有的三艙式或兩艙式飛船的返回艙的返回方法相近，其特征在于a.將其中的轉(zhuǎn)軌、調(diào)軌、制動(dòng)火箭體系特別地設(shè)計(jì)制作成空心環(huán)筒形裝置(11)、或設(shè)計(jì)成相同或大體相同的雙筒形裝置(11)，依靠固定尾翼或尾裙、或直接地活動(dòng)連接在返回艙(1)的周圍或兩側(cè)；b.空心環(huán)筒形裝置(11)或相同或大體相同的兩個(gè)筒形裝置(11)與返回艙(1)的脫離時(shí)機(jī)選在其進(jìn)入大氣層之后的適當(dāng)時(shí)間。
說明對于現(xiàn)在的神舟號飛船來說，如進(jìn)入大氣層之后，除非加設(shè)額外的大推力分離火箭，是很難使推進(jìn)艙與返回艙(1)進(jìn)行分離的，因?yàn)楦咚贇饬鞯淖枇⑼七M(jìn)艙壓緊在返回艙之上。而將返回艙有控制地送入大氣層之后，再分離推進(jìn)艙，有利于返回艙的活動(dòng)尾翼或固定尾翼，立即產(chǎn)生對于飛行的操控升力或穩(wěn)定升力，使之不會在進(jìn)入大氣層之前的一瞬間，發(fā)生飛行的失控或失穩(wěn)。
本發(fā)明所述的帶尾翼的返回艙及由它為核心的宇宙飛船的結(jié)構(gòu)簡單、原理簡明、而可以取得的效果卻十分巨大；其添加設(shè)置的尾翼、尾裙可以做得小、薄、輕、廉，其產(chǎn)生的效果卻可以很大很大，而且還為返回艙、宇宙飛船、運(yùn)載火箭的進(jìn)一步簡化、改進(jìn)、完善提供了堅(jiān)實(shí)而良好的基礎(chǔ)。它屬于對宇宙飛船和航天飛機(jī)進(jìn)行的有效而高效的整合，其性能和潛力的提高極為明顯、極為巨大，它能以航天飛機(jī)十分之一的重量、十分之一的造價(jià)，完成與航天飛機(jī)差不多類似的任務(wù)，其中在某些方面，如在載人載貨的靈活性方面，在可載運(yùn)貨物的重量限制、體積限制方面，甚至大大超過航天飛機(jī)。例如航天飛機(jī)經(jīng)過幾十年的改進(jìn)，也只是從起初的載重量十幾噸，提高到后來的29.5噸，除非設(shè)計(jì)更大的航天飛機(jī)，再要加重、加大載運(yùn)能力，已是很少可能性了；然而，本發(fā)明所述的列車式宇宙飛船采用與航天飛機(jī)相同條件的運(yùn)載火箭就能夠發(fā)射100噸重的超大型物件。此外，它的發(fā)射和返回的安全性能、經(jīng)濟(jì)性能也極大幅度地超過了航天飛機(jī)。
本發(fā)明所述的宇宙飛船與三艙式宇宙飛船進(jìn)行性能對比，情況與之類似，在此不予詳述。
本發(fā)明所述的帶尾翼的返回艙及由它為核心的宇宙飛船可以對三艙式宇宙飛船的結(jié)構(gòu)進(jìn)行小改、中改、大改，其中每一種改進(jìn)多具有豐富而深刻的內(nèi)容。
其中的小改進(jìn)，對運(yùn)載火箭及飛船的基本結(jié)構(gòu)及部件外形均無需改動(dòng)，可以直接利用現(xiàn)有神舟飛船及其運(yùn)載火箭體系，實(shí)施該方案，它僅是利用整流罩之內(nèi)的閑置空間、在返回艙上安裝簡單的尾翼、尾裙部件，就能明顯有效地提高其返回大氣層后的飛行穩(wěn)定性、飛行安全性、各個(gè)方向上的氣動(dòng)升力能力及其返回承載能力；并且還能有很大的潛能，使其能夠大幅度地設(shè)計(jì)提高返回艙的承載能力，為本發(fā)明的宇宙飛船進(jìn)行中改和大改創(chuàng)造必要的條件。
其中的中改進(jìn)可以大大增加返回艙的有效容積，甚至可以將它設(shè)計(jì)制作成兩層樓(或多層樓)結(jié)構(gòu)，使其總體積由大約9m3猛增到25m3以上、例如可以達(dá)到50m3；從而使運(yùn)載宇航員或太空游客的人數(shù)從3人增加到6至8人、甚至增加到15人以上；而整個(gè)宇宙飛船的重量仍然可以不超過10至15噸。就是說，可以使該飛船的總重量與總載客人數(shù)的比值由3(噸/人)降低到1(噸/人)。
而神6宇宙飛船運(yùn)載火箭的承載載荷的能力為9噸多，稍作改進(jìn)后，可以達(dá)到11噸以上。這就是說，通過中改進(jìn)，我們可以將神6宇宙飛船的短時(shí)載客能力提高到6至11人以上，也就意味著，屆時(shí)，可以一下子將6至11個(gè)宇航員或旅客送上或接下空間站。
當(dāng)然，我們也可以少載一些人，多載一些科研設(shè)備，還可以挖掘潛力，增加運(yùn)載火箭的運(yùn)能；在增加了運(yùn)能以后，完全可以根據(jù)實(shí)際需要，對運(yùn)載內(nèi)容、運(yùn)載任務(wù)進(jìn)行靈活處理。請注意，雙層結(jié)構(gòu)的返回艙，與返回艙、軌道艙進(jìn)行串聯(lián)的效果是很不同的，前者的層與層之間不需要設(shè)置復(fù)雜而至關(guān)重要的氣密門，甚至不需要設(shè)置艙門，只需要開一個(gè)較大的人孔(10)就可以了。還請注意，一個(gè)艙比兩個(gè)艙要簡單、可靠的多，其操作要簡便的多、安全的多，其重量要輕得多，價(jià)格要低廉得多。至于，實(shí)在是有設(shè)置軌道艙的需要時(shí)，在返回艙的上面或下面還是都可以設(shè)置軌道艙的，其中可以設(shè)置下置式軌道艙，這屬于本發(fā)明宇宙飛船的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在逃逸時(shí)，可以一開始就甩掉該軌道艙，這可以有效減少逃逸火箭的推力大小。軌道艙與貨艙的區(qū)別其實(shí)并不明顯，軌道艙實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)用于留軌運(yùn)行的貨艙。
其中的大改進(jìn)，除了可以因?yàn)榧友b尾翼、尾裙的原故，而如中改進(jìn)那樣大大增加返回艙的有效容積，增加其運(yùn)能外，還可以將推進(jìn)艙和逃逸火箭由飛船的中軸線的兩端變形移動(dòng)到返回艙的尾部的側(cè)面位置，使整個(gè)飛船與運(yùn)載火箭的結(jié)構(gòu)大大簡化、安全性和性價(jià)比大大提高；更可以如附圖5那樣，以列車式宇宙飛船的形式拖運(yùn)連航天飛機(jī)也無能為力的超大超重物件，為建設(shè)大型空間站、實(shí)施載人登陸月球飛行、開展上規(guī)模的宇航旅游創(chuàng)造客貨運(yùn)載條件。在附圖5及附圖4中，對筒形的推進(jìn)火箭裝置(11)有兩個(gè)標(biāo)號；另一個(gè)標(biāo)號是(2)，這說明該推進(jìn)火箭裝置(11)是由推進(jìn)艙改進(jìn)、簡化、移位而來的。還應(yīng)注意，如前所述，在一定程度上說，逃逸火箭也可合并到筒形推進(jìn)火箭裝置(11)中去。(在附圖5中，為了防止推進(jìn)火箭高溫氣體，沖壞貨艙，可在高溫氣流所對的方向上，涂耐燒蝕涂料，或采取斜置噴管等其它措施。)以上小、中、大改進(jìn)，均有助于使返回艙部分地具有或超過航天飛機(jī)的某些關(guān)鍵性能，如在空氣中飛行的自穩(wěn)定功能、通過氣動(dòng)升力翼片來操控飛行方向的功能、重復(fù)使用的功能、大量載貨載人的功能等等，從而使本發(fā)明所述的返回艙或載人飛船的性能向航天飛機(jī)的性能靠攏，取得突破性的性能提升。
以上這些改進(jìn)，均可立足于現(xiàn)有神舟宇宙飛船及其運(yùn)載火箭及地面指揮、測控、后勤保障系統(tǒng)的有關(guān)條件，可以用很少的代價(jià)、很短的時(shí)間，很可靠的方式建造出達(dá)到世界先進(jìn)水平的中國式的高性能、低造價(jià)的載人、載貨宇宙飛船體系出來。
本發(fā)明的宇宙飛船在進(jìn)一步作針對性、精干化的特別設(shè)計(jì)后，可以用作空間站緊急返回地面的救生飛船，可以用作空間站與其它宇航飛行體之間的客、貨交通運(yùn)載工具，也可以用作亞軌道宇宙飛船的載人主體。
綜上所述，本發(fā)明的宇宙飛船也可以稱之為帶尾翼返回艙傘降式模塊組合的簡易航天飛機(jī)。
不僅如此，本發(fā)明的核心——帶尾翼返回艙，還具有極大的學(xué)術(shù)價(jià)值、軍用價(jià)值。
在上述文章里，我們盡量將返回艙設(shè)計(jì)得更大，現(xiàn)在，要反其道而行之，將其設(shè)計(jì)得盡量小而結(jié)實(shí)，利用它所具有的可在大氣層中憑借翼片裝置的氣動(dòng)力來改變飛行方向的特征，來作為突破反導(dǎo)彈系統(tǒng)的重返大氣層突防導(dǎo)彈，該導(dǎo)彈具有運(yùn)載火箭、返回艙或彈頭(1)、該返回艙或彈頭(1)的尾端設(shè)置有包括可操控的活動(dòng)尾翼的尾翼(4)、尾裙(5)，也可設(shè)置前翼，該種方法的特征在于a.將返回艙(1)及其尾翼(4)、尾裙(5)、前翼按照高速導(dǎo)彈彈頭的要求，進(jìn)行縮小、流線型化，并給其裝上常規(guī)彈頭或核彈頭；b.該返回艙(1)或軍用彈頭上仍然安裝有小動(dòng)量姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；c.利用小動(dòng)量姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)操控該返回艙(1)或軍用彈頭在大氣層外的飛行；利用活動(dòng)尾翼(4)操控該返回艙(1)或軍用彈頭在返回大氣層后的飛行；在大氣層邊緣則可以同時(shí)采用兩種操控方法，采取的飛行路線為水平平緩度較大的下降路線、或平飛路線、或起伏路線、或盤旋路線、或任意曲折路線、或這些路線的復(fù)合路線；d.這些飛行路線為隨機(jī)制定、各不相同，但又是由計(jì)算機(jī)程序精密地設(shè)定與操控、并盡量精確地導(dǎo)向規(guī)定的落地地點(diǎn)；e.該返回艙(1)或軍用彈頭的形狀及表面涂層可按照雷達(dá)隱形及光學(xué)隱形的要求設(shè)計(jì)。
說明將返回艙改為重返大氣層彈頭，對制導(dǎo)程序、對測控精度都有特殊而精準(zhǔn)的要求，最好有GPS全球定位系統(tǒng)作為測控基準(zhǔn)；還需要對尾翼翼片的升力操控性能有準(zhǔn)確的掌控，使得它的操控力大而穩(wěn)定，同時(shí)阻力又要較小。這都需要對尾翼和其主體的氣動(dòng)力理論學(xué)說進(jìn)行更深入的探討、研究、試驗(yàn)。
這種突防彈頭的優(yōu)點(diǎn)在于隱形、簡單、廉價(jià)、輕巧、易于制造、易于制導(dǎo)；進(jìn)入大氣層后，其對于飛行方向操控的力度比小動(dòng)量姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)操控的力度大得非常多、延續(xù)時(shí)間長、無間斷、不需要太多的機(jī)械操控能源儲備。例如可以用一只輕巧廉價(jià)的壓縮空氣罐作為其活動(dòng)翼片的操控能源。如此，便可以賦予該彈頭高空、高速、高機(jī)動(dòng)性、超長機(jī)動(dòng)路線的突防能力，使反導(dǎo)彈系統(tǒng)無能為力。(參閱于牧野在2005-12-2《揚(yáng)子晚報(bào)》上發(fā)表的文章《俄新型導(dǎo)彈不按拋物線運(yùn)行美國無法攔截》)由于它的簡單、廉價(jià)、輕巧、易于制造，這使得它適宜用于制作多彈頭導(dǎo)彈。
將來，還可以在其表面貼上耐高溫的高效反光層，使得將來可能出現(xiàn)的反導(dǎo)彈激光武器對它也無計(jì)可施。
權(quán)利要求
1.一種返回式宇宙飛船，其返回艙(1)呈鐘形結(jié)構(gòu)，其頭、尾兩端分別與推進(jìn)艙(2)、軌道艙(3)活動(dòng)連接，該返回艙(1)在發(fā)射時(shí)，呈尾部向上安裝在發(fā)射火箭的頂端，在返回時(shí)，呈頭部向下進(jìn)入大氣層；其特征在于a.該返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置有采用具有抗燒蝕涂層或面層的耐熱金屬制作的片狀或環(huán)狀或并聯(lián)筒狀的尾翼(4)或尾裙(5)或同時(shí)設(shè)置有尾翼(4)及尾裙(5)；其中的尾翼(4)為固定尾翼或可操控的活動(dòng)尾翼，該尾翼(4)可以為格柵翼或折疊翼，尾裙(5)的母線長度應(yīng)適當(dāng)，可為單純的擴(kuò)張直線段或?yàn)槿我獾那€段；b.相對于尾翼(4)，可以設(shè)置活動(dòng)或固定的前翼；c.該返回艙(1)的頭部可以改制成為具有適當(dāng)高度、適當(dāng)尖度的流線型形狀、或在其頭部添加一個(gè)具有適當(dāng)高度、適當(dāng)尖度的耐熱耐燒蝕的變形耗能頭錐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宇宙飛船，其特征在于在返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置的尾翼(4)或尾裙(5)的后端不超過返回艙(1)的尾部與軌道艙(3)的結(jié)合面的位置、或不超過軌道艙(3)的前面所處的位置；而且，尾翼(4)或尾裙(5)的最大直徑不超過所在位置處的整流罩的內(nèi)徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的宇宙飛船，其特征在于a.在返回艙(1)的環(huán)狀尾翼(4)的翻邊狀尾裙(5)的前面，設(shè)置有可操控的格柵狀的活動(dòng)尾翼(4)；b.環(huán)狀尾翼(4)通過尾裙(5)與返回艙(1)的側(cè)壁面連接，加上后面的封底后，組成了一個(gè)密封的夾層艙，可以將活動(dòng)尾翼(4)的機(jī)械操控裝置及降落傘艙、備降傘艙設(shè)置在該夾層艙內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的宇宙飛船，其特征在于a.返回艙(1)尾部的側(cè)壁向外擴(kuò)展，與在它上面設(shè)置的采用具有抗燒蝕面層的耐熱金屬制作的尾裙(5)合二為一，從而使該返回艙(1)的形狀變成為具有相對而言更大容積的圓柱形或近似于圓柱形的結(jié)構(gòu)形式；b.可以將返回艙(1)的高度沿軸線適當(dāng)?shù)丶哟?，在加高的返回?1)的高度中間部位，設(shè)置具有人體進(jìn)出口(10)的隔板或地板(9)，使其成為無樓梯的兩層樓結(jié)構(gòu)或多層樓結(jié)構(gòu)；c.可以將該返回艙(1)的頭部大底(6)或者是將其添加的頭錐的部分或全部外殼做成金屬薄板質(zhì)地的變形耗能部件(7)；或在大底(6)之前面所添加的頭錐的殼體后面的空腔中，安裝用作變形耗能的氣囊(8)，或者將這兩者結(jié)合起來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宇宙飛船，其特征在于a.在返回艙(1)尾部的側(cè)壁上設(shè)置有固定尾翼或可操控的活動(dòng)尾翼(4)或尾裙(5)，或它們的組合；b.去消位于在火箭飛船組合體最上端或在是軌道艙上端的逃逸火箭，在尾翼或尾裙的外端對稱地設(shè)置一對或幾對逃逸火箭；或者去消位于火箭飛船組合體的返回艙(1)的下面的推進(jìn)艙(2)，并將其中的轉(zhuǎn)軌、調(diào)軌火箭體系特別地設(shè)計(jì)制作成空心環(huán)筒形裝置(11)、或設(shè)計(jì)成相同或大體相同的一對或幾對筒形裝置(11)，依靠固定尾翼或直接地活動(dòng)連接在返回艙(1)或尾裙(5)的周圍或兩側(cè)；或者同時(shí)實(shí)施這兩種結(jié)構(gòu)改變。c.在原先安裝推進(jìn)艙(2)的位置處可以安裝下置式貨艙或具有筒體壁的艙形貨物，在原先安裝逃逸塔的位置處可以安裝上置式貨艙或具有筒體壁的艙形貨物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5所述的宇宙飛船，其特征在于a.在對各艙室的有關(guān)外部部件(包括各種管、線)進(jìn)行精簡、整形、加固的基礎(chǔ)上，取消整體式整流罩b.代之以局部整流罩或?qū)Ω魈柲茈姵仃嚵械淖钔庖粔K電池板進(jìn)行加固、加設(shè)流線型外形和密封鎖定及開鎖結(jié)構(gòu)，使它們具有局部的整流罩的功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的具有帶尾翼返回艙(1)的返回式宇宙飛船的發(fā)射飛行方法，其方法與現(xiàn)有的三艙式或兩艙式飛船的返回艙的返回方法相近，其特征在于a.飛船推進(jìn)艙發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火制動(dòng)、推進(jìn)艙脫離返回艙(1)、返回艙(1)在120公里左右的高度進(jìn)入大氣層后，利用可操控的活動(dòng)尾翼(4)在其力所能及的范圍里、同時(shí)在航天員易于承受的范圍里操縱返回艙(1)沿預(yù)先設(shè)定的飛行路線向地面飛行；b.與現(xiàn)有返回艙的返回過程中受到少許升力的近似拋物線的飛行路線不同，在活動(dòng)尾翼(4)的操控下，返回艙(1)在返回大氣層后，采取的飛行路線為水平平緩度較大的下降路線、或平飛路線、或起伏路線、或盤旋路線、或任意曲折路線、或這些路線的復(fù)合路線；c.活動(dòng)尾翼(4)采用地面遙控、或計(jì)算機(jī)程序控制、或手動(dòng)控制、或三種方法混合控制的方法進(jìn)行操控；如可采用高速時(shí)機(jī)控、低速時(shí)手控的方法進(jìn)行尾翼(4)的操控；d.在速度降低到1000米/秒左右時(shí)，不管高度有多高，可以拋大底；e.降落傘繩的根部或著力點(diǎn)可安排在返回艙(1)的尾端或側(cè)面重心附近；f.可以有意識地在水深較深的水面帶傘濺落，并在落下瞬間之前后割傘。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6所述的具有帶尾翼返回艙(1)的返回式宇宙飛船的發(fā)射飛行方法，其方法與現(xiàn)有的三艙式或兩艙式飛船的返回艙的發(fā)射飛行方法相近，其特征在于a.將逃逸火箭通過尾翼或尾裙設(shè)置在返回艙(1)的側(cè)面，或直接設(shè)置在返回艙(1)的側(cè)面；b.將逃逸火箭的點(diǎn)火時(shí)機(jī)的范圍擴(kuò)大到返回艙制動(dòng)變軌開始返回地球的時(shí)候包括在火箭發(fā)射前900秒至飛船入軌之時(shí)用作在整個(gè)火箭發(fā)射過程中間的飛船的逃逸動(dòng)力、或在飛船變軌時(shí)用作飛船的變軌動(dòng)力、或在飛船離軌返回大氣層時(shí)，用作飛船的制動(dòng)動(dòng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6所述的具有帶尾翼返回艙(1)的返回式宇宙飛船的返回飛行方法，其返回方法與現(xiàn)有的三艙式或兩艙式飛船的返回艙的返回方法相近，其特征在于a.將其中的轉(zhuǎn)軌、調(diào)軌、制動(dòng)火箭體系特別地設(shè)計(jì)制作成空心環(huán)筒形裝置(11)、或設(shè)計(jì)成相同或大體相同的雙筒形裝置(11)，依靠固定尾翼或尾裙、或直接地活動(dòng)連接在返回艙(1)的周圍或兩側(cè)；b.空心環(huán)筒形裝置(11)或相同或大體相同的兩個(gè)筒形裝置裝置(11)與返回艙(1)的脫離時(shí)機(jī)選在其進(jìn)入大氣層之后的適當(dāng)時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、7所述的方法設(shè)計(jì)的高空突防導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)方法，該導(dǎo)彈具有運(yùn)載火箭、返回艙或彈頭(1)、該返回艙或彈頭(1)的尾端設(shè)置有包括可操控的活動(dòng)尾翼的尾翼(4)、尾裙(5)，也可設(shè)置前翼，該種方法的特征在于a.將返回艙(1)及其尾翼(4)、尾裙(5)、前翼按照高速導(dǎo)彈彈頭的要求，進(jìn)行縮小、流線型化，并給其裝上常規(guī)彈頭或核彈頭；b.該返回艙(1)或軍用彈頭上仍然安裝有小動(dòng)量姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；c.利用小動(dòng)量姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)操控該返回艙(1)或軍用彈頭在大氣層外的飛行；利用活動(dòng)尾翼(4)操控該返回艙(1)或軍用彈頭在返回大氣層后的飛行；在大氣層邊緣則可以同時(shí)采用兩種操控方法，采取的飛行路線為水平平緩度較大的下降路線、或平飛路線、或起伏路線、或盤旋路線、或任意曲折路線、或這些路線的復(fù)合路線；d.這些飛行路線為隨機(jī)制定、各不相同，但又是由計(jì)算機(jī)程序精密地設(shè)定與操控、并盡量精確地導(dǎo)向規(guī)定的落地地點(diǎn)；e.該返回艙(1)或軍用彈頭的形狀及表面涂層可按照雷達(dá)隱形及光學(xué)隱形的要求設(shè)計(jì)。
全文摘要
帶尾翼尾裙的返回艙及其宇宙飛船屬于對宇宙飛船和航天飛機(jī)進(jìn)行的高效整合，它可對飛船進(jìn)行小中大改，其結(jié)構(gòu)簡單、原理簡明、效果卻十分巨大；該尾翼尾裙小、薄、輕、廉，可利用整流罩中閑置空間進(jìn)行配置，其性能和潛力的提高卻極為巨大，它能以航天飛機(jī)十分之一的重量及價(jià)格，完成與其極為類似的任務(wù)，它的安全性能、經(jīng)濟(jì)性能大幅度地超過現(xiàn)有的航天飛機(jī)和宇宙飛船。它還可以改進(jìn)為重返大氣層的突防導(dǎo)彈，使反導(dǎo)系統(tǒng)失去威力。
文檔編號B64G1/62GK1978279SQ200510128458
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者羅進(jìn)南 申請人:羅進(jìn)南