第5節(jié)天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星

1、2021-11-7 分析人造地球衛(wèi)星問(wèn)題的基本思路分析人造地球衛(wèi)星問(wèn)題的基本思路 重合重合 萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力 衛(wèi)星系統(tǒng)中的超重和失重衛(wèi)星系統(tǒng)中的超重和失重超重超重 完全失重完全失重 同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星，是同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星，是相對(duì)地面靜止相對(duì)地面靜止的，的，與地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期與地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期周期一定周期一定：同步衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)同步，：同步衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)同步，它的運(yùn)動(dòng)周期就等于地球自轉(zhuǎn)的周期，它的運(yùn)動(dòng)周期就等于地球自轉(zhuǎn)的周期，T24 h.角速度一定角速度一定：同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度等于地球：同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度自轉(zhuǎn)的角速

2、度 軌道一定軌道一定：所有同步衛(wèi)星的軌道必在赤道平面內(nèi)：所有同步衛(wèi)星的軌道必在赤道平面內(nèi)高度一定高度一定：所有同步衛(wèi)星必須位于：所有同步衛(wèi)星必須位于赤道正上方赤道正上方，且距，且距離地面的高度是一定的（軌道半徑都相同，即在同一軌離地面的高度是一定的（軌道半徑都相同，即在同一軌道上運(yùn)動(dòng)），其確定的道上運(yùn)動(dòng)），其確定的高度約為高度約為h=3.6104 km.環(huán)繞速度大小一定環(huán)繞速度大小一定：所有同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的線速：所有同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度的大小是一定的，都是度的大小是一定的，都是3.08 km/s，環(huán)繞方向與地球自，環(huán)繞方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同轉(zhuǎn)方向相同 三種宇宙速度三種宇宙速度第一宇宙

3、速度第一宇宙速度:要想發(fā)射人造衛(wèi)星，必須具有足夠的速度，發(fā)射人造要想發(fā)射人造衛(wèi)星，必須具有足夠的速度，發(fā)射人造衛(wèi)星最小的發(fā)射速度稱(chēng)為第一宇宙速度，衛(wèi)星最小的發(fā)射速度稱(chēng)為第一宇宙速度，v1=7.9 km/s。但卻是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的各種衛(wèi)星中的最大環(huán)但卻是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的各種衛(wèi)星中的最大環(huán)繞速度。繞速度。第二宇宙速度第二宇宙速度:當(dāng)衛(wèi)星的速度等于或大于當(dāng)衛(wèi)星的速度等于或大于11.2 km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力不再繞地球運(yùn)行，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造地球的引力不再繞地球運(yùn)行，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星或飛到其他行星上去，我們把行星或飛到其他行星上去，我們把v2=11.2

4、 km/s稱(chēng)為第稱(chēng)為第二宇宙速度二宇宙速度,也稱(chēng)脫離速度。也稱(chēng)脫離速度。當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度大于當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度大于7.9 km/s時(shí)，時(shí)，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不再是圓形，而是橢圓形它繞地球運(yùn)行的軌跡就不再是圓形，而是橢圓形.第三宇宙速度第三宇宙速度:當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于16.7 km/s時(shí)，物體將掙脫太時(shí)，物體將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間中去，我陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間中去，我們把們把v3=16.7 km/s稱(chēng)為第三宇宙速度，也稱(chēng)逃逸速度。稱(chēng)為第三宇宙速度，也稱(chēng)逃逸速度。說(shuō)明：宇宙速度是指發(fā)射速度，不是衛(wèi)星的

5、運(yùn)行速度。說(shuō)明：宇宙速度是指發(fā)射速度，不是衛(wèi)星的運(yùn)行速度。人造衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程要經(jīng)過(guò)多次變軌人造衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程要經(jīng)過(guò)多次變軌方可到達(dá)預(yù)定軌道。方可到達(dá)預(yù)定軌道。(1)為了節(jié)省能量，在赤道上順著地球?yàn)榱斯?jié)省能量，在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道上。上。(2)在在A點(diǎn)點(diǎn)火加速，由于速度變大，萬(wàn)點(diǎn)點(diǎn)火加速，由于速度變大，萬(wàn)有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星做離心有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道。(3)在在B點(diǎn)點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道。在在B點(diǎn)點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道速進(jìn)入圓形軌道1變軌原理及過(guò)程變軌原理及過(guò)程在在A點(diǎn)點(diǎn)火加速，速度變大，萬(wàn)點(diǎn)點(diǎn)火加速，速度變大，萬(wàn)有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道。2三個(gè)運(yùn)行物理量的大小比較三個(gè)運(yùn)行物理量的大小比較速度速度v1v3vAvBvAv1v3vB加速度加速度因?yàn)樵谝驗(yàn)樵贏點(diǎn)，衛(wèi)星只受到萬(wàn)有點(diǎn)，衛(wèi)星只受到萬(wàn)有引力作用，故不論從軌道引力作用，故不論從軌道還還是軌道是軌道上經(jīng)過(guò)上經(jīng)過(guò)A