第四節(jié) 人造衛(wèi)星 宇宙速度

1、First 準(zhǔn)備好一支筆Second 準(zhǔn)備好草稿本Third 翻到教材52頁第4節(jié) 人造衛(wèi)星 宇宙速度123。1895年俄國宇航先驅(qū)奇奧爾科夫斯基在天地天地幻想和全幻想和全球引力效球引力效應(yīng)應(yīng)的論文中，率先提出制制造人造地造人造地球衛(wèi)星球衛(wèi)星的設(shè)想。23從向心力的來源以及方向上思考。2323按軌道分類按軌道分類: :極地衛(wèi)星極地衛(wèi)星; ;赤道衛(wèi)星赤道衛(wèi)星; ;其他衛(wèi)星其他衛(wèi)星 所以，衛(wèi)星中的物體處于所以，衛(wèi)星中的物體處于完全失重狀態(tài)完全失重狀態(tài)。23332. 2. 已知：被發(fā)射的人造衛(wèi)星的質(zhì)量為已知：被發(fā)射的人造衛(wèi)星的質(zhì)量為m m，地球的質(zhì)量，地球的質(zhì)量為為M M，地球地球的半徑的半徑R R，

2、衛(wèi)星到地心的距離為衛(wèi)星到地心的距離為r r，則人造地球衛(wèi)星環(huán)繞速度，則人造地球衛(wèi)星環(huán)繞速度v=?v=?1.1. 建立模型建立模型：衛(wèi)星衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)萬有引力萬有引力提供提供向心力：向心力：rr22mvGMm近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星在在100-200km的的高度飛行，高度飛行，與地球半與地球半徑徑6400km相比完全相比完全可以說是可以說是在地面附在地面附近飛行近飛行skmRGMGMV/9.71028.61037.6100.61067.6r762411r 提示：對(duì)于靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星，r R這是人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的R3模擬：模擬：在地球在地球附近、附近、水平發(fā)水平發(fā)射飛

3、行射飛行器器 火箭發(fā)射火箭發(fā)射 火箭飛行過程火箭飛行過程中，除了受引力外，還受中，除了受引力外，還受向前的推力。向前的推力。大炮發(fā)射大炮發(fā)射 衛(wèi)星飛行過程衛(wèi)星飛行過程中，只受引力，完全憑借中，只受引力，完全憑借慣性進(jìn)入軌道。慣性進(jìn)入軌道。3 1 1、定義：使衛(wèi)星能環(huán)繞地球運(yùn)行所需的、定義：使衛(wèi)星能環(huán)繞地球運(yùn)行所需的最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度。 2 2、由于這樣發(fā)射出去的衛(wèi)星距地面很近，可以認(rèn)為此時(shí)的、由于這樣發(fā)射出去的衛(wèi)星距地面很近，可以認(rèn)為此時(shí)的r r近似等于近似等于地球的半徑，所以，第一宇宙速度也是繞地球的半徑，所以，第一宇宙速度也是繞地球運(yùn)行的地球運(yùn)行的最大環(huán)繞速度。最大環(huán)繞速度。 這就是

4、第一宇宙速度這就是第一宇宙速度 3skmRGMV/9.71 1.1.：被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置( (火箭火箭) )時(shí)的時(shí)的速度速度。2.2.：衛(wèi)星在進(jìn)入軌道后繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星在進(jìn)入軌道后繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度線速度。 軌道軌道半徑越大，運(yùn)行速度越小。（做勻速圓周運(yùn)動(dòng)）半徑越大，運(yùn)行速度越小。（做勻速圓周運(yùn)動(dòng)） 因衛(wèi)星上升過程中由于克服地球引力要消耗的能量因衛(wèi)星上升過程中由于克服地球引力要消耗的能量,所以衛(wèi)星越高所以衛(wèi)星越高,發(fā)射更發(fā)射更困難，發(fā)射速度越大。困難，發(fā)射速度越大。 近近地衛(wèi)星可認(rèn)為地衛(wèi)星可認(rèn)為v發(fā)發(fā)=v運(yùn)運(yùn) ,其它軌道較高其它軌道較高衛(wèi)星的衛(wèi)星的v發(fā)

5、發(fā)v運(yùn)運(yùn). 1 1、定義：使衛(wèi)星能環(huán)繞地球運(yùn)行所需的、定義：使衛(wèi)星能環(huán)繞地球運(yùn)行所需的最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度。 2 2、由于這樣發(fā)射出去的衛(wèi)星距地面很近，可以認(rèn)為此時(shí)的、由于這樣發(fā)射出去的衛(wèi)星距地面很近，可以認(rèn)為此時(shí)的r r近似等于近似等于地球的半徑，所以，第一宇宙速度也是繞地球的半徑，所以，第一宇宙速度也是繞地球運(yùn)行的地球運(yùn)行的最大環(huán)繞速度。最大環(huán)繞速度。 這就是第一宇宙速度這就是第一宇宙速度 3skmRGMV/9.71 第一宇宙速度第一宇宙速度的另一種表達(dá)式的另一種表達(dá)式為為 ，請(qǐng)你用學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)。請(qǐng)你用學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)。skmV/9.7gR1用“黃金代換”換掉GM 發(fā)射速度發(fā)射

6、速度v 運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)情況v7.9km/s7.9km/sv=7.9km/s=7.9km/s7.9km/s 7.9km/s v 11.2km/s11.2km/s11.2km/11.2km/s sv 16.7km/s16.7km/s16.7km/s16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度( (逃逸逃逸）第一宇宙速度第一宇宙速度( (環(huán)繞環(huán)繞) )第三宇宙速度第三宇宙速度（漫游）（漫游）物體落回地面物體落回地面物體在地面附近繞地物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)物體繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓。動(dòng)軌跡是橢圓。物體繞太陽運(yùn)動(dòng)物體繞太陽運(yùn)動(dòng)物體飛出太陽系物體飛出太陽系3

7、衛(wèi)星衛(wèi)星A A的環(huán)繞速度與衛(wèi)星的環(huán)繞速度與衛(wèi)星B B比較？比較？發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星A A和和B B的發(fā)射速度比較？的發(fā)射速度比較？ 問題：問題： 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，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，軌道半徑不同軌道半徑不同,比較它們的向心加速度比較它們的向心加速度an、線速度、線速度 、角速度、角速度 、周期、周期T？地球地球hRGMvhRvmhRMmG22)(3)(hRGM)()(22hRmhRMmGGMhRT3)(2)()2()(22hRTmhRmMGmanhRMmG2)(anhRMG2)( l GMTR32s2411361089. 5

8、1067. 6)104 . 6(14. 32min85RGMv sm/1040. 61089. 51067. 662411=7.9km/s 2 2、19611961年年4 4月月1212日蘇聯(lián)空軍日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號(hào)載少校加加林乘坐東方一號(hào)載人人飛船飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。類進(jìn)入太空的夢想。3 3、19691969年年7 7月月2020日，阿波羅日，阿波羅1111號(hào)將人類送上了月球。號(hào)將人類送上了月球。 1236、美國美國“鳳凰鳳凰”號(hào)火星探測器號(hào)火星探測器20072007年年8 8月月4 4日發(fā)射，日發(fā)射，20082008年年5 5月月2525日

9、在火星著陸。日在火星著陸。5、“卡西尼卡西尼”號(hào)土星探測器號(hào)土星探測器19971997年年1010月月1515日發(fā)射升空，日發(fā)射升空，20042004年年1 1日飛抵土星。日飛抵土星。4 4、 “先驅(qū)者先驅(qū)者”1010號(hào)太空探測器號(hào)太空探測器19721972年年3 3月月2 2日發(fā)射升空，日發(fā)射升空，19861986年年6 6月飛出太陽系月飛出太陽系12319701970年年4 4月月2424日日我國第一顆我國第一顆人造衛(wèi)星升空人造衛(wèi)星升空 2007年年10月月24日日嫦娥一號(hào)嫦娥一號(hào)“月球月球探測衛(wèi)星探測衛(wèi)星”于月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中于月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心心 由由“長征三號(hào)甲長征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭

10、發(fā)射運(yùn)載火箭發(fā)射升空升空.衛(wèi)星發(fā)射后衛(wèi)星發(fā)射后. 用用8天至天至9天時(shí)間天時(shí)間完成調(diào)相軌道段完成調(diào)相軌道段.地月轉(zhuǎn)移軌道段和地月轉(zhuǎn)移軌道段和環(huán)月軌道段飛行環(huán)月軌道段飛行.執(zhí)行科學(xué)探測任務(wù)執(zhí)行科學(xué)探測任務(wù).完成科學(xué)任務(wù)：為月球完成科學(xué)任務(wù)：為月球“畫像畫像”、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)、探測月壤厚度及類型的分布特點(diǎn)、探測月壤厚度及地月空間環(huán)境地月空間環(huán)境.“嫦娥二號(hào)嫦娥二號(hào)”預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)2010年年底發(fā)射升空。年年底發(fā)射升空。嫦娥二號(hào)嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星的主要任務(wù)是衛(wèi)星的主要任務(wù)是為為“嫦娥三號(hào)嫦娥三號(hào)”實(shí)現(xiàn)月球軟著實(shí)現(xiàn)月球軟著陸進(jìn)行部分關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)，并陸進(jìn)行部分關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)，并對(duì)對(duì)“嫦娥三號(hào)嫦娥三號(hào)”著陸區(qū)進(jìn)行高著陸區(qū)進(jìn)行高精度成像。目前，精度成像。目前，“嫦娥二號(hào)嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星突破了地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射、衛(wèi)星突破了地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射、X頻段測控、近月捕獲、環(huán)月頻段測控、近月捕獲、環(huán)月飛行軌道控制、深空測控通信飛行軌道控制、深空測控通信及高分辨率立體相機(jī)研制六項(xiàng)及高分辨率立體相機(jī)研制六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)。“19841984年年4 4月月8 8日日我國第一顆同我國第一顆同步衛(wèi)星升空步衛(wèi)星升空