HIAD项目，这个去年很重要的项目进展站里似乎没消息……

此贴资料大部分来自互联网
大刀发的新闻贴，不太全面

HIAD项目概念图，来自大刀的帖子
充气式再入技术的诞生

美苏两国在第一次发射卫星的时候，只是想把一个东西送到太空。然而残酷的军备竞赛并未让这种单纯的想法存在太久。从太空中侦察敌人的想法提出后，如何回收胶卷就成了两霸面临的头等要事。于是乎，就有了航天器返回这门让航天器上的去且回得来的学问。

具体说来，航天器返回技术包含包括轨道衰减法返回技术和直接再入返回技术。我们今天要讨论的就是后一种方式，这里简称再入技术。

航天器再入时面临的最大问题就是高气动载荷和热载荷，这两点几乎决定了返回式航天器的总体设计。因此，防热结构成为了再入飞行器等返回式航天器的重要组成部分，可以说返回式航天器的结构设计和材料选取主要取决于防热设计。根据对多种返回式航天器的统计，防热结构的质量一般占航天器总质量的10%~20%。因此，选择与任务要求相适应的防热方案可以有效降低航天器质量，进而满足更多功能载荷的搭载要求。

经过几十年的摸索，航天大国总结出了如下几种返回式航天器防热结构设计：

1.通过烧蚀涂层来吸收再入时产生的热量。这种返回式航天器都设计有厚重的防热罩，通过防热罩上烧蚀材料的燃烧脱落带走大部分热量。这种防热设计的特点是返回式航天器质量大且只能使用一次；

2.通过铺设防热瓦来阻隔返回式航天器与大气摩擦产生的热量。这种设计的特点是防热瓦不会在飞行中烧掉，可以多次使用。但整个返回式航天器的质量依旧难以下降。

3.通过比热容大的材料吸收热量。实践证明，这种方式无法适应航天器返回地球时的受热环境，只能作为返回式航天器非高温部位的防热材料使用。

上述几种防热结构都能满足一定条件下航天器的再入返回防热要求，有效的保护了航天器免受热流的烧蚀。但这些防热结构都有一个固有的缺点，就是防热结构的尺寸要随航天器的增大而增大，不但增大了返回式航天器的发射质量，也增加了整个航天器的体积。这就限制了一些大质量航天器的回收。

此外，随着航天器发射、运营成本的上升，人们开始谋求航天器乃至运载火箭的多次使用，以期降低成本。对于运载火箭的一、二级来说，由于其始终在大气层内飞行，在燃料耗尽分离后用大直径降落伞回收是个不错的办法。美国人在航天飞机的固体助推器上就运用了这种回收方式。而运载火箭的上面级由于要承担布放有效载荷的任务，通常会跟有效载荷一同入轨。如果要回收上面级就会涉及到了上面级的再入防热问题，我们不可能给其加装一个大而沉重的防热罩，这样会极大降低火箭发射有效载荷的能力。

充气式防热罩概念就是在这样的背景需求中提出的。充气式化纤织物构建了承力结构并维持防热罩外形。外层织物表面涂覆多层耐高温材料来阻隔航天器返回时与大气摩擦产生的热量。随后的日子里，各国科研人员都开始了这方面的探索。
早期概念探索

        20世纪60年代中期，美国麦道公司率先提出了充气式伞锥型（PAPACONE）轨道救生再入装置的概念，可以满足一位身着航天服的航天员应急返回。同一时期，通用电气公司也提出了MOOSE轨道救生再入装置。这个装置整体结构占用空间很小，通过发泡剂填充成型，也只能搭载一名航天员。值得一提的是，设计人员为了尽量减小MOOSE的体积和装置的复杂性，提出了一个取消变轨和姿控发动机的方案。取而代之的是一只手持式微型火箭发动机，由航天员手持，依照地面指挥中心的指令调节喷口方向实施变轨再入和姿态调节。这显然需要航天员非常精确的手动操作和对自身姿态的准备判断，难度十分巨大。

充气式伞锥型（PAPACONE）轨道救生再入装置

MOOSE轨道救生再入装置
这些方案都是关于航天员逃生的，这并非巧合。主要原因在于常规飞船的发射受天气等因素的影响，难以及时、快速的做出反应。而航天员遭遇危险时需要的就是尽快安全的返回地面，依靠地面发射飞船显然难以应付险情。科研人员把注意力转向了计划中的空间站，他们打算在空间站长期对接飞船用于应急救生（若干年后建成的ISS就长期对接一艘“联盟”飞船用于逃生），但由于一艘飞船就要占用一个对接口，不但占用空间站的资源还无法满足更大数量航天员在轨工作时的逃生要求。于是，这种不占用对接口且节省空间的充气式单人逃生装置应运而生。

    但当时的再入防热水平还处于对烧蚀式防热结构和材料的探索阶段，代表人类返回式航天器最高成就的“双子星座”载人飞船依旧在舱体侧面大量使用厚重的热沉式防热材料。充气式防热设计所需的耐高温、耐热流冲击的涂料在短期内难以取得技术突破，所以上述设计更多是作为一种技术上的探索而永远停留在了图纸上。

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充气式再入技术的诞生

美苏两国在第一次发射卫星的时候，只是想把一个东西送到太空。然而残酷的军备竞赛并未让这种单纯的想法存在太久。从太空中侦察敌人的想法提出后，如何回收胶卷就成了两霸面临的头等要事。于是乎，就有了航天器返回这门让航天器上的去且回得来的学问。

具体说来，航天器返回技术包含包括轨道衰减法返回技术和直接再入返回技术。我们今天要讨论的就是后一种方式，这里简称再入技术。

航天器再入时面临的最大问题就是高气动载荷和热载荷，这两点几乎决定了返回式航天器的总体设计。因此，防热结构成为了再入飞行器等返回式航天器的重要组成部分，可以说返回式航天器的结构设计和材料选取主要取决于防热设计。根据对多种返回式航天器的统计，防热结构的质量一般占航天器总质量的10%~20%。因此，选择与任务要求相适应的防热方案可以有效降低航天器质量，进而满足更多功能载荷的搭载要求。

经过几十年的摸索，航天大国总结出了如下几种返回式航天器防热结构设计：

1.通过烧蚀涂层来吸收再入时产生的热量。这种返回式航天器都设计有厚重的防热罩，通过防热罩上烧蚀材料的燃烧脱落带走大部分热量。这种防热设计的特点是返回式航天器质量大且只能使用一次；

2.通过铺设防热瓦来阻隔返回式航天器与大气摩擦产生的热量。这种设计的特点是防热瓦不会在飞行中烧掉，可以多次使用。但整个返回式航天器的质量依旧难以下降。

3.通过比热容大的材料吸收热量。实践证明，这种方式无法适应航天器返回地球时的受热环境，只能作为返回式航天器非高温部位的防热材料使用。

上述几种防热结构都能满足一定条件下航天器的再入返回防热要求，有效的保护了航天器免受热流的烧蚀。但这些防热结构都有一个固有的缺点，就是防热结构的尺寸要随航天器的增大而增大，不但增大了返回式航天器的发射质量，也增加了整个航天器的体积。这就限制了一些大质量航天器的回收。

此外，随着航天器发射、运营成本的上升，人们开始谋求航天器乃至运载火箭的多次使用，以期降低成本。对于运载火箭的一、二级来说，由于其始终在大气层内飞行，在燃料耗尽分离后用大直径降落伞回收是个不错的办法。美国人在航天飞机的固体助推器上就运用了这种回收方式。而运载火箭的上面级由于要承担布放有效载荷的任务，通常会跟有效载荷一同入轨。如果要回收上面级就会涉及到了上面级的再入防热问题，我们不可能给其加装一个大而沉重的防热罩，这样会极大降低火箭发射有效载荷的能力。

充气式防热罩概念就是在这样的背景需求中提出的。充气式化纤织物构建了承力结构并维持防热罩外形。外层织物表面涂覆多层耐高温材料来阻隔航天器返回时与大气摩擦产生的热量。随后的日子里，各国科研人员都开始了这方面的探索。
早期概念探索

        20世纪60年代中期，美国麦道公司率先提出了充气式伞锥型（PAPACONE）轨道救生再入装置的概念，可以满足一位身着航天服的航天员应急返回。同一时期，通用电气公司也提出了MOOSE轨道救生再入装置。这个装置整体结构占用空间很小，通过发泡剂填充成型，也只能搭载一名航天员。值得一提的是，设计人员为了尽量减小MOOSE的体积和装置的复杂性，提出了一个取消变轨和姿控发动机的方案。取而代之的是一只手持式微型火箭发动机，由航天员手持，依照地面指挥中心的指令调节喷口方向实施变轨再入和姿态调节。这显然需要航天员非常精确的手动操作和对自身姿态的准备判断，难度十分巨大。

充气式伞锥型（PAPACONE）轨道救生再入装置

MOOSE轨道救生再入装置
这些方案都是关于航天员逃生的，这并非巧合。主要原因在于常规飞船的发射受天气等因素的影响，难以及时、快速的做出反应。而航天员遭遇危险时需要的就是尽快安全的返回地面，依靠地面发射飞船显然难以应付险情。科研人员把注意力转向了计划中的空间站，他们打算在空间站长期对接飞船用于应急救生（若干年后建成的ISS就长期对接一艘“联盟”飞船用于逃生），但由于一艘飞船就要占用一个对接口，不但占用空间站的资源还无法满足更大数量航天员在轨工作时的逃生要求。于是，这种不占用对接口且节省空间的充气式单人逃生装置应运而生。

    但当时的再入防热水平还处于对烧蚀式防热结构和材料的探索阶段，代表人类返回式航天器最高成就的“双子星座”载人飞船依旧在舱体侧面大量使用厚重的热沉式防热材料。充气式防热设计所需的耐高温、耐热流冲击的涂料在短期内难以取得技术突破，所以上述设计更多是作为一种技术上的探索而永远停留在了图纸上。