宇宙航行-课件

宇宙航行思考与讨论：人造卫星在地球表面做圆周运动的周期最小值是多少？2224MmGmRRT=π2MmmgGR=2gRT=π=84.6min或：=842.6minRTvπ=思考：人造卫星的周期能否为24小时？1、所谓地球同步卫星是指相对于地心静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h任务二、地球同步卫星相关知识整理2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合。思考：地球同步卫星轨道面的位置？思考：地球同步卫星的线速度，角速度，向心加速度，高度的值有什么特点？mRGMThhRTmhRMmG7322222106.34)(4)(3、计算同步卫星高度由万有引力提供向心力同步通讯卫星轨道半径：74.210Rhm4、同步卫星的线速度22MmGmrr解：由万有引力提供向心力故将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯卫星的速率由此解出GMr1124376.67106.010/3.110/4.210GMmsmsr5、关于地球同步卫星的六个“一定”①轨道平面一定：轨道平面与共面．②周期一定：与地球自转周期，即T＝24h.③角速度一定：与地球自转的角速度。赤道平面相同相同④高度一定：由GMm(R＋h)2＝m4π2T2(R＋h)得同步卫星离地面的高度h＝－R≈5.6R≈3.6×107m.⑤速率一定：v＝＝3.1×103m/s.与地球自转方向相同即自西向东运动。运行方向：⑥向心加速度一定：an=hRGM卫星变轨问题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例2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同一轨道上的cD．a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大地球acbD2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上．在卫星经过A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ.已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R．求：（1）近地轨道Ⅰ上的速度大小；（2）远地点B距地面的高度。解：“嫦娥奔月”图理性探究发射、变轨、运行2.2007年10月24日“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度为h的A点时，再经三次变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧，如图所示（）A.“嫦娥一号”由⑤到⑥需加速、由⑦到⑧需减速B.发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度C.在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比E.在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力①②③近地变轨轨道修正转移轨道④⑤⑥⑦⑧发射D3.2007年10月24日，“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度为h的A点时，再经三次变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧，如图所示。若月球半径为R，试写出月球表面重力加速度的表达式。①②③近地变轨轨道修正转移轨道④⑤⑥⑦⑧发射对接问题：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