宇宙航行-課件講課稿

宇宙(yǔzhòu)航行第一頁，共27頁。思考(sīkǎo)與討論：人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運動的周期(zhōuqī)最小值是多少？=84.6min或：思考(sīkǎo)：人造衛(wèi)星的周期能否為24小時？第二頁，共27頁。1、所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地心靜止(jìngzhǐ)的人造衛(wèi)星，它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn)，同步地做勻速圓周運動，它的周期：T＝24h任務(wù)(rènwu)二、地球同步衛(wèi)星相關(guān)知識整理第三頁，共27頁。2、所有(suǒyǒu)的同步衛(wèi)星只能分布在赤道上方的一個確定軌道上，即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合。思考：地球(dìqiú)同步衛(wèi)星軌道面的位置？思考(sīkǎo)：地球同步衛(wèi)星的線速度，角速度，向心加速度，高度的值有什么特點？第四頁，共27頁。3、計算(jìsuàn)同步衛(wèi)星高度由萬有引力(wànyǒuyǐnlì)提供向心力同步通訊衛(wèi)星軌道(guǐdào)半徑：第五頁，共27頁。4、同步衛(wèi)星的線速度解：由萬有引力(wànyǒuyǐnlì)提供向心力故將地球質(zhì)量M及軌道半徑r代入，可得同步(tóngbù)通訊衛(wèi)星的速率由此解出第六頁，共27頁。5、關(guān)于地球同步衛(wèi)星的六個“一定”①軌道平面(píngmiàn)一定：軌道平面(píngmiàn)與 共面．②周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期 ，即T＝24h.③角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度 。赤道(chìdào)平面相同(xiānɡtónɡ)相同與地球自轉(zhuǎn)方向相同即自西向東運動。運行方向：⑥向心加速度一定：an=第七頁，共27頁。衛(wèi)星(wèixīng)變軌問題第八頁，共27頁。VF引F引＜F向F引＞F向衛(wèi)星(wèixīng)變軌原理MmA點速度(sùdù)—內(nèi)小外大（在A點看軌跡）在A點萬有引力(wànyǒuyǐnlì)相同A第九頁，共27頁?！に伎迹喝嗽煨l(wèi)星(rénzàowèixīng)在低軌道上運行，要想讓其在高軌道上運行，應(yīng)采取什么措施？在低軌道上加速(jiāsù)，使其沿橢圓軌道運行，當行至橢圓軌道的遠點處時再次加速(jiāsù)，即可使其沿高軌道運行。衛(wèi)星(wèixīng)變軌原理1、衛(wèi)星在二軌道相切點萬有引力相同速度—內(nèi)小外大（切點看軌跡）2、衛(wèi)星在橢圓軌道運行近地點---速度大，動能大遠地點---速度小，動能小第十頁，共27頁。vF引12R衛(wèi)星在圓軌道運行(yùnxíng)速度V1V2θ＞900減小衛(wèi)星變軌(biànɡuǐ)原理第十一頁，共27頁。第十二頁，共27頁。v3F引L衛(wèi)星變軌(biànɡuǐ)原理第十三頁，共27頁。使衛(wèi)星進入(jìnrù)更高軌道做圓周運動v3v4第十四頁，共27頁。衛(wèi)星(wèixīng)的回收第十五頁，共27頁。第十六頁，共27頁。1、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點火使其沿橢圓軌道2運行；最后再次點火將其送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于P點，2、3相切于Q點。當衛(wèi)星分別在1、2、3上正常運行時，以下說法正確的是（）A、在軌道3上的速率大于1上的速率B、在軌道3上的角速度小于1上的角速度C、在軌道2上經(jīng)過(jīngguò)Q點時的速率等于在軌道3上經(jīng)過(jīngguò)Q點時的速率D、在軌道1上經(jīng)過(jīngguò)P點時的加速度等于在軌道2上經(jīng)過(jīngguò)P點時的加速度QP2·31BD第十七頁，共27頁。例2.如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運行的3顆人造衛(wèi)星，下列說法正確的是：A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度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加速可追上同一軌道上的b，b減速可等到(děngdào)同一軌道上的cD．a(chǎn)衛(wèi)星由于某種原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將變大地球acbD第十八頁，共27頁。2、如圖是發(fā)射地球同步衛(wèi)星的簡化軌道示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的近地軌道Ⅰ上．在衛(wèi)星經(jīng)過(jīngguò)A點時點火實施變軌，進入遠地點為B的橢圓軌道Ⅱ上，最后在B點再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌道Ⅲ.已知地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球的半徑為R．求：（1）近地軌道Ⅰ上的速度大小(dàxiǎo)；（2）遠地點B距地面的高度。第十九頁，共27頁。解：第二十頁，共27頁?！版隙鸨荚?chánɡébēnyuè)”圖第二十一頁，共27頁。理性探究發(fā)射(fāshè)、變軌、運行第二十二頁，共27頁。2.2007年10月24日“嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入繞地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：12小時橢圓軌道①→24小時橢圓軌道②→48小時橢圓軌道③→修正軌道④→地月轉(zhuǎn)移軌道⑤。11月5日11時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為h的A點時，再經(jīng)三次變軌：12小時橢圓軌道⑥→3.5小時橢圓軌道⑦→最后進入周期為T的極月圓軌道⑧，如圖所示（）A.“嫦娥一號”由⑤到⑥需加速、由⑦到⑧需減速B.發(fā)射“嫦娥一號”的速度必須達到第三宇宙速度C.在繞月圓軌道上,衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān)D.衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方(píngfāng)成反比E.在繞月圓軌道上,衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力①②③近地變軌軌道修正轉(zhuǎn)移軌道④⑤⑥⑦⑧發(fā)射(fāshè)D第二十三頁，共27頁。3.2007年10月24日，“嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入繞地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次(sāncì)近地變軌：12小時橢圓軌道①→24小時橢圓軌道②→48小時橢圓軌道③→修正軌道④→地月轉(zhuǎn)移軌道⑤。11月5日11時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為h的A點時，再經(jīng)三次(sāncì)變軌：12小時橢圓軌道⑥→3.5小時橢圓軌道⑦→最后進入周期為T的極月圓軌道⑧，如圖所示。若月球半徑為R，試寫出月球表面重力加速度的表達式。①②③近地變軌軌道修正轉(zhuǎn)移軌道④⑤⑥⑦⑧發(fā)射(fāshè)第二十四頁，共27頁。對接(duìjiē)問題：宇宙飛船與空間站的對接(duìjiē)空間站實際上就是一個載有人的人造衛(wèi)星，那么，地球上的人如何(rúhé)到達空間站，空間站上的人又如何(rúhé)返回地面？這些活動都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一個宇宙飛船與空間站對接的問題。思考：能否把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同一軌道(guǐdào)上，再通過加速去追上空間站實現(xiàn)對接呢？不行，因為飛船加速后做離心運動會偏離原來的圓軌道而無法與空間站對接。第二十五頁，共27頁。飛船首先在比空間站低的軌道運行，當運行到適當位置時，再加速運行到一個橢圓軌道。通過控制軌道使飛船跟空間站恰好同時(tóngshí)運行到兩軌道的相切點，此時飛船適當減速，便可實現(xiàn)對接，如圖示。空間站飛船(fēichuán)對接(duìjiē)方法：第二十六頁，共27頁。例：在太空中有兩飛行器a、b，它們在繞地球(dìqiú)的同一圓形軌道上同向運行，a