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(yùn)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(yùn)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(diǎn)？第四頁，共27頁。3、計(jì)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(yùn)動。運(yùn)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(diǎn)速度(sùdù)—內(nèi)小外大（在A點(diǎn)看軌跡）在A點(diǎn)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(yùn)行，要想讓其在高軌道上運(yùn)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(yùn)行，當(dāng)行至橢圓軌道的遠(yuǎn)點(diǎn)處時再次加速(jiāsù)，即可使其沿高軌道運(yùn)行。衛(wèi)星(wèixīng)變軌原理1、衛(wèi)星在二軌道相切點(diǎn)萬有引力相同速度—內(nèi)小外大（切點(diǎn)看軌跡）2、衛(wèi)星在橢圓軌道運(yùn)行近地點(diǎn)---速度大，動能大遠(yuǎn)地點(diǎn)---速度小，動能小第十頁，共27頁。vF引12R衛(wèi)星在圓軌道運(yùn)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(jìn)入(jìnrù)更高軌道做圓周運(yùn)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(diǎn)火使其沿橢圓軌道2運(yùn)行；最后再次點(diǎn)火將其送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于P點(diǎn)，2、3相切于Q點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3上正常運(yùn)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(diǎn)時的速率等于在軌道3上經(jīng)過(jīngguò)Q點(diǎn)時的速率D、在軌道1上經(jīng)過(jīngguò)P點(diǎn)時的加速度等于在軌道2上經(jīng)過(jīngguò)P點(diǎn)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(yùn)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(diǎn)時點(diǎn)火實(shí)施變軌，進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道Ⅱ上，最后在B點(diǎn)再次點(diǎn)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(yuǎn)地點(diǎn)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(yùn)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(jìn)入繞地軌道。在繞地運(yùn)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(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為h的A點(diǎn)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(jìn)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(dá)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(jìn)入繞地軌道。在繞地運(yùn)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(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為h的A點(diǎn)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(jìn)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(dá)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(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn)對接呢？不行，因?yàn)轱w船加速后做離心運(yùn)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(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行到適當(dāng)位置時，再加速運(yùn)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(yùn)行到兩軌道的相切點(diǎn)，此時飛船適當(dāng)減速，便可實(shí)現(xiàn)對接，如圖示?？臻g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(yùn)行，a