یکی از مسائل جالب و پیچیده در حوزه هوافضا، مسئله بازگشت به جو است. بسیاری از وسائل پرنده پدیده بازگشت به جو را تجربه نمی کنند. مطالعه این پدیده تنها در خصوص آن دسته از اجسام پرنده موضوعیت دارد که از جو خارج شده و بازگشت به جو آنها به دلائلی اهمیت دارد.
به جز شهاب سنگها، موشک های بالستیک اولین اجسامی بودند که انسان مسئله ورود به جو آنها را تجربه نمود. هرچند تا قبل از سال های 1870 در رابطه با موشک ها، فعالیت های تجربی و تئوریک مختلفی در اقضی نقاط دنیا در جریان بود، اما فعالیت های عمده از سال 1914 ظاهر گردید و مشکلات فنی تحقق یافتن موشک های نیرومند از میان برداشته شد. خصوصا از آغاز سال 1925 پیشرفت های قابل تمجیدی در مطالعه و تحقیق موشک های آزمایشی تحت رهبری فون براون در موسسه پرواز فضایی آلمان به دست آمد.
طراحی سیستم کنترل بازگشت یکی از اصلی ترین حوزه های فناوری پروازهای فضایی را شکل می دهد. امروزه RV های پیشرفته نیازمند گونه ای از الگوریتم های کنترلی بوده که عملکرد آن را در حضور اغتشاشات، بهینه نموده و منجر به فرود یا اصابت به هدفی مشخص با ارضای قیودی در مسیر پرواز شوند. در ماموریت های بازگشت از فضا، این الگوریتم ها با نیاز به دوری از خروج مجدد از اتمسفر و بازگشت به فضا، پیچیده تر می شود. طراحی سیستم کنترل یک RV مصالحه ای بین ویژگی های مختلف طراحی سازه ای پرنده و هدف ماموریت بوده، لذا طراح سیستم کنترل RV باید یک مهندس سیستم قادر به فهم پدیده های مختلف مرتبط با ورود به جو، باشد.
فصل یک
کلیات
1-1) هدف:
در این پروژه مسئله بازگشت به جو فضاپیماهای بازگشتی را بررسی خواهیم کرد. این فضاپیماها در مسیر بازگشت با اغتشاشاتی نظیر اغتشاشات اتمسفری مواجه می گردند که در طی مسیر آنها منجر به خطای فرود می گردد. لذا طراحی سیستم کنترل مسیر که بتواند بر این اغتشاشات فائق آید ضروری به نظر می رسد. در این پروژه سعی بر این خواهد شد که با بهره گرفتن از یک سیستم کنترلی این مسئله حل گردد.
1-2) فضاپیما:

وسیله نقلیه ای است که برای خروج از جو کره زمین طراحی شده است. فضاپیماها بر دو نوع سرنشین دار و بی سرنشین هستند. فضاپیماها برای منظورهای گوناگونی طراحی می شوند از جمله ماموریت های مخابراتی، دیدبانی ماهواره ای کره زمین، هواشناسی، ناوبری، اکتشاف سیارات، گردشگری فضایی و جنگ فضایی. هر شیء هنگام بازگشت به جو زمین یا هر سیاره دیگر برای اینکه با موفقیت فرو بنشیند، لازم است زاویه فرودی با شیب خیلی کم داشته باشد.
در چنین فرودی پایین تری و بالاتری حدود به وسیله مسیر پرواز فضاپیما، میزان کاهش سرعت آن و گرمایش آیرودینامیکی ایجاد شده از برخورد شیء با لایه های اطراف، تعیین می شود.
مسیر پرواز یک فضاپیما به هنگام بازگشت به زمین، تا اندازه ای به نوع مداری که شیء برای رسیدن به زمین طی می کند، بستگی دارد.
این مسیر، مداری با اهمیت است، چرا که مشخص می کند فضاپیما در اولین برخوردش با جو زمین، با چه سرعتی مدار را طی می کند. به عنوان مثال، سرعت فضاپیماها به هنگام چرخش به دور زمین، 27360 تا 28970 کیلومتر در ساعت است که معمولا با همین سرعت زیاد وارد لایه های بالایی جو می شوند.
حتی برخی فضاپیماها با سرعت فراتر از این نیز مدار زمین را می پیمایند و به جای قرار گرفتن در مدار دایره ای، مدارهای سهمی را طی می کنند. این امر موجب سرعت بیشتر آنها به هنگام بازگشت به زمین می شود.