宇宙航行 课件(共61张)

6.5宇宙航行表面模型忽略自转的情况下2gRMG测中心天体的质量：2GMgR黄金代换式：2RMmGmg基本关系式：FF引向基本：＝思路22222()MmvGmmrrmTrr环绕模型MR2020年2月17日星期一嫦娥奔月2020年2月17日星期一敦煌飞天的美丽壁画如今，人们的通信手段越来越多样，加强了世界的联系。要保证稳定通畅的通讯，需要同步卫星进行信号的传递。手机等便携设备的导航定位功能已经非常全面，要实现精确的导航，同步卫星发挥了极大的作用。问题：怎么样才能把物体发射上天空，且不再落回地面？牛顿的设想从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度越大,则落点越远。不计空气阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球运动,成为一颗人造地球卫星了.牛顿的设想：应用：发射航天器RvmRMmG22基本关系式：RGMvV=7.9km/s是最小发射速度，叫做第一宇宙速度（环绕速度）思考1：要使物体绕地球做匀速圆周运动，抛出物体的速度至少为多大？思考2：这些卫星环绕地球运动的速度都一样么？与什么有关？请说明理由V=7.9km/s也是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度Rgv1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9km/s，物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，也称为“最小发射速度”。一、宇宙速度发射速度是指卫星在地面附近离开发射火箭的初速度。假若卫星发射后不再补充能量，那么要发射一颗人造地球卫星，其发射速度就不能小于第一宇宙速度。金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍，求金星的“第一宇宙速度”是多大？RGMv2、第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2km/s，物体会克服地球的引力，永远离开地球。说明：若速度大于7.9km/s而小于11.2km/s，物体绕地球运动的轨迹不是圆，是椭圆，但还在地球的引力范围之内。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7km/s，物体会挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外。地球v2=11.2km/sv3=16.7km/s11.2km/sv7.9km/sv1=7.9km/s二、人造卫星的运行规律人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a与轨道半径r的关系r(a、V、ω、T)卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：rGM3rGM可见：卫星运动情况(a、V、ω、T)是由r惟一决定(2)由得：ｖ＝GMmr2=mv2r(3)由得：ω＝GMmr2=mω2r(4)由得：Ｔ＝GMmr2=m()r２πT2GM4π2r3(1)由得：a＝GMmr2=maGMr2记忆口诀：“高轨低速长周期”1234v1v2=v3v4T1T2=T3T4ω1ω2=ω3ω4人造地球卫星的运动规律练习：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，线速度越——（2）离地面越高，周期越——（3）离地面越高，角速度越——（4）离地面越高，向心加速度越—（5）离地面越高，向心力越——小长小小小两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量不相等，轨道半径之比r1:r2=1:4,则它们的(1)线速度大小之比v1:v2=(2)周期之比T1:T2=rGMv1:2GMrT328:1三、近地卫星近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其周期约为84分钟。其向心力由万有引力提供。2020年2月17日星期一练习：求近地卫星的周期631124(6.3710)23.146.67105.9810s地GMrT3235.061084.3mins我们能否发射一颗周期为80min的卫星？四、地球同步卫星1、定义所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。rvωTa“全部固定”圆轨道在赤道平面，即在赤道的正上方；周期与地球自转周期相同，为24小时；绕行方向为自西向东。大家能否计算出同步卫星的高度，线速度呢？2、地球同步卫星的运行特征可概括为四个一定①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内；②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24h）③定高度，即离地面高度一定（h=36000km）④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）3、同步卫星的应用：主要用于通信3颗同步卫星可实现全球覆盖所以也叫通信卫星2020年2月17日星期一为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。2005年10月12日,我国成功发射了“神舟”六号载人飞船。某同学通过因特网查到“神舟”六号飞船在圆形轨道上运行一周的时间大约为90min。他将这一信息与地球同步卫星进行了比较，可知（）A.飞船运行的速度比同步卫星小B.飞船运行的加速度比同步卫星小C.飞船距地面的高度比同步卫星小C.飞船运行的角速度比同步卫星小C由F引=Fn知轨道平面一定经过地球中心；思考:哪条轨道可能是人造卫星的运行轨道？ABC“高轨低速长周期”五、人造卫星的轨道所有卫星都在以地心为圆心的轨道上(原因？）平面立体赤道平面赤道轨道极地轨道倾斜轨道思考:同步卫星的轨道属于哪一种？人造卫星的轨道2020年2月17日星期一六、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段发射加速上升超重回收减速下降超重2、沿圆轨道正常运行只受重力a=g完全失重与重力有关的现象全部消失天平弹簧秤测重力液体压强计七、卫星变轨VF引rvmF2向2rMmGF引向引FFF引＜F向F引＞F向卫星变轨原理MmA点速度—内小外大（在A点看轨迹）在A点万有引力相同A·思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。卫星变轨原理1、卫星在二轨道相切点万有引力相同速度—内小外大（切点看轨迹）2、卫星在椭圆轨道运行近地点---速度大，动能大远地点---速度小，动能小vF引221RMmGRmv122222,vRMmGRmv使使卫星加速到R卫星在圆轨道运行速度V1V2θ＞900减小卫星变轨原理v3F引223LMmGLmvL卫星变轨原理使卫星进入更高轨道做圆周运动2244LMmGLmvv，使使卫星加速到v3v4卫星的回收1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（）A、在轨道3上的速率大于1上的速率B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度C、在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度QP2·31BD八、对接问题：宇宙飞船与空间站的对接•空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何到达空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。•思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。•飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。•通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，此时飞船适当减速，便可实现对接，如图示。空间站飞船对接方法：例：在太空中有两飞行器a、b，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运行，a在前b在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，现要想b尽快追上a并完成对接，b应采取的措施是（）A、沿运动方向喷气B、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气C、沿运动反方向喷气D、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气B•在我国的甘肃酒泉和四川西昌有两个著名的卫星发射基地，它们为我国的航天事业立下了汗马功劳。如果请你参与卫星的发射工作，要发射一颗地球同步通信卫星，从节能的角度分析，你认为在这两个基地中的发射地点和发射方向应选（）•A.酒泉，向西发射B.酒泉，向东发射•C.西昌，向西发射D.西昌，向东发射D3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）2、第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2千米/秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）22MmvmgGmRRvgR或RGMv小结第5节宇宙航行九．梦想成真•1957年10月，原苏联发射第一颗人造地球卫星卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星的角速度是多少？九、梦想成真几年之后，1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。九、梦想成真1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。九．梦想成真航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。九．梦想成真无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路1970年，“东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。九．梦想成真风云一号风云二号中国首颗气象卫星；中国是第三个独立研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。三．梦想成真1984年，试验通信卫星：“东方红”2号，标志着中国是世界上第5个能发射地球静止轨道卫星的国家。通信卫星三．梦想成真2007年10月24日18时05分，嫦娥一号探测器从西昌卫星发射中心由长征三号甲运载火箭成功发射。九．梦想成真飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．试估算神州五号绕地球飞行时距地面的高度。九．梦想成真1992年，中国载人航天工程正式启动．2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空．九．梦想成真嫦娥工程