1.2.1 制动段

航天器是一个人造天体，它在某个天体作用范围内的运行轨道上按中心力场作用下的天体力学规律运动。在绕天体运动时，航天器的轨道是不与天体稠密大气层相交的椭圆轨道。航天器要离开其原运行轨道进入一条飞向天体大气层和天体表面的轨道，必须要用制动发动机产生的推力减小其飞行速度，或者改变其速度方向，或者同时改变速度大小和方向。如果速度的改变使得航天器转入一条飞向天体大气层和天体表面的轨道，就有可能实现进入，实现进入的轨道称为进入轨道。因此，制动段是从制动发动机工作开始点（即制动点）到其工作结束点止。在这一阶段飞行过程中，航天器除受天体的引力作用外，还受到制动发动机推力的作用。

在运行轨道上，航天器的姿态是根据它的功能需要决定的。一般航天器运行姿态不是其离轨时的姿态，因此，在离轨前需要进行姿态调整，使航天器的姿态调整为离轨制动时的姿态，以满足制动发动机工作时的姿态要求。

通常情况下，航天器离轨通过制动发动机来实现。装在航天器上的制动发动机，在一定的轨道位置上和一定的方向上，产生一个大小为Δv的附加速度（图1-1）, Δv使得航天器的速度由原来的v1改变为v2。由于Δv和v1相比很小，v1与v2在量值上变化不大。但是精确控制Δv的方向、大小和在轨道上的位置，可以使航天器以v2的速度脱离原来的运行轨道转入进入轨道。这里v2称为离轨速度，v2的起始点A则称为离轨点。

离轨时的控制，对进入轨道的影响有如下几个方面：

1）进入轨道平面的建立；

2）离轨点的建立；

3）离轨速度v2的获得；

4）进入轨道过渡段的修正与否；

5）进入点的位置、进入角和进入速度的大小；

6）理论着陆点的位置。

因此，对离轨的控制（姿态控制、程序控制、指令控制和速度控制）务求精确和可靠，不容许超出规定的偏差范围。否则会出现进入器不能进入大气层，或进入后过热烧毁，或破坏减速着陆系统的正常工作条件，或大大偏离预定着陆点等不正常情况，从而导致进入任务的失败。

由于航天器从绕天体运行的轨道上离轨进入时，它的离轨速度v2一般小于轨道速度v1，所以，附加速度Δv又称为制动速度。制动速度与当地水平线所成的角度φz称为制动角。产生制动速度的变轨发动机又称为制动发动机。制动发动机产生的推力矢量一般与航天器的进入部分（进入器）的纵轴重合。因此，可以通过调整进入器的姿态获得制动角（图1-2）。

航天器在运行轨道上的姿态是根据它的功能需要决定的。在可能的情况下，希望保持攻角为零的状态，以减小阻力面积，从而减小轨道周期的变化。一般航天器的运行姿态不是制动姿态。因此在进入时，首先要在确定的离轨点进行姿态调整（改变姿态的控制），建立制动姿态（控制制动姿态），然后令制动发动机点火。实际上由于推力大小的限制，制动不可能瞬时完成，制动速度Δv的获得需要一定的工作时间，只是制动发动机的工作时间相对较短。在有限推力作用下，制动发动机对航天器轨道的作用通常由推力的大小、推力的方向和工作时间这三个因素来描述。在制动发动机工作期间，用姿态控制系统或自旋稳定方法，使推力矢量保持在制动的方向上。用自旋方法维持制动姿态的进入器，在脱离运行轨道之后，还要消旋，其目的在于使进入器进入大气层后能利用气动力的作用，按设计要求把防热结构稳定在朝前迎气流的姿态上。用姿态控制系统维持制动姿态的进入器，在进入大气层之前也要把姿态调整到设计的进入姿态，也就是防热结构迎气流的姿态。

制动段为进入轨道中的动力飞行段，对轨道设计和控制的任务有以下三方面的内容：

（1）制动点位置的建立，即制动点的地心纬度或大地纬度、经度。

（2）制动参数的选择，包括制动发动机推力的大小、推力方向和工作时间。

（3）制定发动机的工作方案，确定制动发动机的关机时刻。

进入式航天器必须具有进入功能。进入功能是由装设在航天器上，特别是它的进入器上相应的系统、设备和部件给予保证的。进入是从轨道上进入大气层到达天体上，所有的进入物都是事先由运载器运送到轨道上，并且完成轨道任务。因为进入物所付出的代价比不进入的要大得多，所以进入式航天器除了在技术上和经济上确实值得做成全部进入者外，一般都设计成部分进入。也就是只有航天器的进入器部分进入，其余部分则弃留于轨道成为太空垃圾。显然，航天器的进入器部分必须具有使进入物安全进入的功能。由于进入器装载物的不同，进入器还有不同的名称，如进入舱（对进入地球大气者又称为返回舱）、回收舱和航天员座舱等。

进入式航天器如果不是全部进入的，则在脱离运行轨道的过程中，还有一个进入部分与不进入部分分离的动作。这个动作因航天器的情况不同，或是在脱离运行轨道之前分离，或是在脱离运行轨道之后分离。在脱离之前分离，不进入的部分仍留在运行轨道上（见图1-2），如神舟号飞船的轨道舱。在脱离运行轨道之后分离的，不进入的部分沿与进入轨道相似，但又不会与进入轨道相遇的一条轨道进入大气层烧毁，如神舟号飞船的推进舱。