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返回舱再入 · 等离子鞘与黑障

REAL-3D REENTRY SIMULATOR · BALLISTIC-LIFT ENTRY · SUTTON-GRAVES · COMM BLACKOUT · DROGUE + MAIN CHUTE
真 3D · 虚拟仿真样板
待再入MET 0 s 鼠标拖拽环绕 · 滚轮缩放 · 双指触控 · 尺度经教学压缩
Mission Elapsed Time
0s
高度 h
120.0 km
速度 v
7800 m/s
马赫 Ma
26.4
Aerothermal
驻点热流 q
0.00 MW/m²
过载 n
0.0 g
Telemetry Link / 通信链路
正常 遥测稳定
SIGNAL STRENGTH
大底温度 T
300 K
材料耐温限
2300 K

飞行控制

参数装订(重置后生效)

再入角 |γ|(进入走廊)5.0°
升阻比 L/D(质心配平)0.30
防热层厚度5.0 cm
防热材料酚醛烧蚀
再入角过小 / 升力过大 → 打水漂弹回太空;过陡 → 过载超 15 g 或防热层烧穿。走廊窗口很窄,这就是"再入走廊"。

实时遥测

峰值过载 nmax
0.0g
峰值热流 qmax
0.00MW/m²
峰值温度 Tmax
300K
再入航程
0km

画质分级

渲染 FPS(探针):-- 自动:检测中

实验原理:再入的两条方程

返回舱以约 7.8 km/s 冲进大气层,靠气动阻力把动能变成热。沿速度方向与法向的两个方程决定一切:

v̇ = −ρv²/(2β) − g·sinγ   (β = m/(CDA) = 400 kg/m²)
γ̇ = [ L + ( v²/(R+h) − g )·cosγ ] / v

指数大气与驻点热流用 Sutton–Graves 关系:

ρ = ρ0·e−h/H  (ρ0=1.225, H=7.5 km)
q = K·√(ρ/Rn)·v³  (K=1.742×10−4, Rn=1 m)

大底温度由集总热容推进(烧蚀带走 η 份额,辐射散热按 σT⁴):

CA·dT/dt = η·q − εσ(T⁴ − T0⁴)  (η=0.55, ε=0.8)

热流峰值出现在 50~55 km、过载峰值略晚于热流峰值 —— 这正是黑障最凶的一段。

再入走廊与黑障

  • 走廊:再入角太小(<3°)升力+离心把舱体抬回太空,打水漂;太大(>8°)在稠密大气里短时释放全部动能,过载破 15 g、防热层烧穿。中间那条窄带就是再入走廊。
  • 等离子鞘:驻点前空气被激波压缩到上万开,分子电离成等离子体,裹在舱体外形成发光壳。热流越大,鞘越厚越亮,颜色从橙红转向紫白。
  • 黑障:等离子体频率高于电波频率,无线电波被鞘层反射/吸收,地面与舱体通信中断(本模型取 80∼35 km 且 v>1.8 km/s 区间)。出鞘后自动恢复。
  • 钝头体:故意做成"钝"的 —— 激波远离舱壁(脱体激波),把 99% 的热量交给激波后的空气带走,只有极小一部分落到大底上。
  • 减速链:气动减速 → 10 km 弹引导伞 → 约 1.3 km 切主伞 → 落地约 7 m/s。

操作指引与模型局限

  • 默认参数直接点"再入":约 59 s 进入黑障(通信掉零、等离子鞘最亮)、约 100 s 热流/过载峰值、约 312 s 出黑障通信恢复、约 467 s 开引导伞、约 575 s 主伞、落地约 7 m/s。
  • 相机三模:跟随(高空自动切俯视让地球入画)、舷窗(等离子鞘贴脸烧)、地面远望(火球划过地平线)。
  • 失败复现:再入角拉到 9° → 过载超限解体;再入角 2.5° + L/D 1.0 → 打水漂弹回太空;陶瓷瓦 2 cm → 大底烧穿。
  • 物理为教学模型:指数等温大气、常值 β、集总热容、二维平面轨迹;忽略地球自转、三维倾角、真实烧蚀退移、风与伞的流固耦合。伞段按墙钟驱动,不是真实开伞力学。
  • 3D 画面采用双层原点重定位(origin rebasing,64 m 对齐 + 内层抵消焦点)抵消 GPU 单精度在 6371 km 尺度上的抖动;舱体与相机始终近原点。全部几何/纹理程序化生成,零外链。
  • 粒子(等离子尾迹/伞衣抖动/着陆尘)全部对象池预分配,阶段切换与重置时强制清池,避免残影。