第4節(jié)-人造衛(wèi)星-宇宙速度

衛(wèi)星--繞行星運(yùn)動(dòng)的物體第4節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度模擬：在地球附近、水平發(fā)射飛行器發(fā)射速度v運(yùn)動(dòng)情況v﹤7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s﹤v﹤11.2km/s11.2km/s≦v﹤16.7km/s16.7km/s≦v物體落回地面物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓。物體繞太陽運(yùn)動(dòng)物體飛出太陽系一、宇宙速度第一宇宙速度(環(huán)繞速度)第二宇宙速度(脫離速度）第三宇宙速度（逃逸速度）1、第一宇宙速度v1=7.9Km/s（環(huán)繞速度）2、第二宇宙速度v2=11.2Km/s（脫離速度）3、第三宇宙速度v3=16.7Km/s（逃逸速度）4、求第一宇宙速度的思路例:地球半徑為R，質(zhì)量為M，地面附近的重力加速度為g，萬有引力常量為G，則靠近地面運(yùn)轉(zhuǎn)的人造地球衛(wèi)星環(huán)繞速度?建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)基本思路1:萬有引力提供向心力近地衛(wèi)星在100-200km的高度飛行，與地球半徑6400km相比完全可以說是在地面附近飛行基本思路2：重力提供向心力討論:不同天體的第一宇宙速度相同嗎？是由中心天體的質(zhì)量M、半徑R決定。例、已知地球是月球質(zhì)量的81倍，地球半徑為月球半徑的3.8倍，在地球表面上發(fā)射衛(wèi)星，至少需要7.9km/s的速度，求在月球上發(fā)射一顆環(huán)繞月球表面運(yùn)行的飛行物至少需要多大的速度？=1.74km/s問題1：衛(wèi)星的軌道圓心在哪兒？二、人造地球衛(wèi)星1、所有衛(wèi)星的軌道圓心都在地心上按軌道分類:極地衛(wèi)星;赤道衛(wèi)星;其他衛(wèi)星地球問題2：兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運(yùn)行，它們的質(zhì)量相等，軌道半徑不同,比較它們的向心加速度an、線速度v、角速度ω

、周期T。建立模型設(shè)地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，衛(wèi)星距地面高為h，衛(wèi)星質(zhì)量為m，2、人造地球衛(wèi)星的向心加速度an

、線速度v、角速度ω

、周期ThRvmhRMmG＋＝＋22)()()(22hRmhRMmG＋＝＋wmahRMmG＝＋2)(ahRMG＝＋2)(an減小

ω減小T增大v減小

結(jié)論:隨h增大若衛(wèi)星在近地軌道上運(yùn)行，則有h=0（r≈R），=7.9km/s運(yùn)行速度最大周期最小問題3：若有一顆衛(wèi)星相對(duì)地球靜止，你能否形象的描述它的軌道？衛(wèi)星位于赤道的正上方的某一高度軌道與赤道重合？資料1比較赤道上的某一點(diǎn)、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的T、ω、v、a向用學(xué)過的知識(shí)解釋上述結(jié)果。所有同步衛(wèi)星都具有如下特點(diǎn)：（1）只能分布在一個(gè)確定的赤道軌道上。（2）周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同:T＝24h。（3）角速度ω與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同。（4）離地面高度:h=36000km。（5）線速度:v=3.1km/s。3、同步衛(wèi)星資料33顆同步衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋1.同步衛(wèi)星主要用于通訊。要實(shí)現(xiàn)全球通訊，只需三顆同步衛(wèi)星即可。2.為了同步衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3°左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢?，空間位置也是一種資源。問題4：如何發(fā)射同步衛(wèi)星？（課本P54）1、1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。2、1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號(hào)載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢(mèng)想。3、1969年7月20日，阿波羅11號(hào)將人類送上了月球。三、夢(mèng)想成真6、美國(guó)“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器2007年8月4日發(fā)射，2008年5月25日在火星著陸。5、“卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器1997年10月15日發(fā)射升空，2004年1日飛抵土星。4、

“先驅(qū)者”10號(hào)太空探測(cè)器1972年3月2日發(fā)射升空，1986年6月飛出太陽系1970年4月24日我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星升空中國(guó)的航天成就2007年10月24日嫦娥一號(hào)“月球探測(cè)衛(wèi)星”于月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭發(fā)射升空.衛(wèi)星發(fā)射后.用8天至9天時(shí)間完成調(diào)相軌道段.地月轉(zhuǎn)移軌道段和環(huán)月軌道段飛行.執(zhí)行科學(xué)探測(cè)任務(wù).完成科學(xué)任務(wù)：為月球“畫像”、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)、探測(cè)月壤厚度及地月空間環(huán)境.“嫦娥二號(hào)”預(yù)計(jì)2010年年底發(fā)射升空。嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星的主要任務(wù)是為“嫦娥三號(hào)”實(shí)現(xiàn)月球軟著陸進(jìn)行部分關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)，并對(duì)“嫦娥三號(hào)”著陸區(qū)進(jìn)行高精度成像。目前，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星突破了地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射、X頻段測(cè)控、近月捕獲、環(huán)月飛行軌道控制、深空測(cè)控通信及高分辨率立體相機(jī)研制六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?！?984年4月8日我國(guó)第一顆同步衛(wèi)星升空

2003年10月15日神舟五號(hào)楊利偉2005年10月12日神舟六號(hào)費(fèi)俊龍聶海勝2008年9月25日神舟七號(hào)翟志剛劉伯明景海鵬繩系衛(wèi)星放飛太空1、繩系衛(wèi)星不是從地面放飛出去用繩子將衛(wèi)星栓起來，然后像放風(fēng)箏一樣放出去?！K系衛(wèi)星并不是從地面放出去的，它是從在太空中飛行的航天飛機(jī)、宇宙飛船或者空間站等航天器上放出去的。目前用航天器釋放繩系衛(wèi)星主要有三種方式：可以將其掛在航天器后面，讓他與航天器在同一高度飛行；也可以利用衛(wèi)星上配有的小型噴氣推力器，把衛(wèi)星推上較高的空間，讓它像風(fēng)箏那樣，在航天器上方高高運(yùn)行；還可以讓其掛在航天飛機(jī)的下方，就像熱氣球下的掛藍(lán)般。2、繩系衛(wèi)星還能自己發(fā)電繩系衛(wèi)星的系繩還可以為衛(wèi)星及它連接的航天器提供電能供應(yīng)。由于地球是一個(gè)大磁場(chǎng)，當(dāng)航天飛機(jī)或者其他航天器攜帶著繩系衛(wèi)星在環(huán)繞著地球飛行時(shí)，連接繩系衛(wèi)星的系繩由于是由導(dǎo)電材料制成，在繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，他們不斷地切割地球磁場(chǎng)，就會(huì)變成一臺(tái)發(fā)電機(jī)，向繩系衛(wèi)星和牽引它的航天器供電。繩系還可以完成衛(wèi)星和其他航天器或者衛(wèi)星之間的通信功能，從而保證他們之間通信的暢通無阻。將來，繩系衛(wèi)星或許還可以在地球和月球之間進(jìn)行等距離設(shè)置。這樣人們便可以像排隊(duì)傳遞重物一般，把要輸送到月球上去的東西，通過系繩的擺動(dòng)，甩給相鄰的衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)不需推進(jìn)器的空間運(yùn)輸。3、繩系衛(wèi)星發(fā)展面臨很多困難它不像我們?cè)诘孛娣棚L(fēng)箏那樣簡(jiǎn)單，由于其整個(gè)操作和控制過程都是在太空中進(jìn)行，其動(dòng)力學(xué)特性相當(dāng)復(fù)雜，因此要想讓這個(gè)技術(shù)完善有許多具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)需要突破。另外，現(xiàn)在太空中到處都是太空垃圾，一不小心，這些垃圾就會(huì)將繩系衛(wèi)星的繩子劃斷，從而讓衛(wèi)星消失的無影無蹤。金棟平教授表示，他做繩系衛(wèi)星的研究才幾年時(shí)間，該項(xiàng)目還有很多難題需要突破，目前中國(guó)要實(shí)現(xiàn)繩系衛(wèi)星工程還有很多現(xiàn)實(shí)困難。但是他堅(jiān)信，隨著以后研究的深入，相關(guān)的技術(shù)一定會(huì)越來越成熟。資料（摘自北京青年報(bào)）

中繼衛(wèi)星被稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，可為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測(cè)控服務(wù)，極大提高各類衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力，能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳，為應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害贏得更多預(yù)警時(shí)間“天鏈一號(hào)01星”將在三個(gè)方面得到應(yīng)用并將產(chǎn)生巨大效益：

——遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船隊(duì)加上10余個(gè)地面站，才能為神舟飛船提供12%的測(cè)控覆蓋率。一顆中繼衛(wèi)星即可覆蓋衛(wèi)星或飛船50%的飛行弧段，無論是經(jīng)濟(jì)效益還是使用效率都有了質(zhì)的提高。

——航天器在太空中出現(xiàn)故障，搶救時(shí)機(jī)往往以秒計(jì)，一旦錯(cuò)過就可能造成永遠(yuǎn)無