第5节天体运动与人造卫星

1、2021-11-7 分析人造地球卫星问题的基本思路分析人造地球卫星问题的基本思路 重合重合 万有引力万有引力 卫星系统中的超重和失重卫星系统中的超重和失重超重超重 完全失重完全失重 同步卫星：地球同步卫星，是同步卫星：地球同步卫星，是相对地面静止相对地面静止的，的，与地球自转具有相同的周期与地球自转具有相同的周期周期一定周期一定：同步卫星绕地球的运动与地球自转同步，：同步卫星绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，它的运动周期就等于地球自转的周期，T24 h.角速度一定角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度自转的角速

2、度 轨道一定轨道一定：所有同步卫星的轨道必在赤道平面内：所有同步卫星的轨道必在赤道平面内高度一定高度一定：所有同步卫星必须位于：所有同步卫星必须位于赤道正上方赤道正上方，且距，且距离地面的高度是一定的（轨道半径都相同，即在同一轨离地面的高度是一定的（轨道半径都相同，即在同一轨道上运动），其确定的道上运动），其确定的高度约为高度约为h=3.6104 km.环绕速度大小一定环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速：所有同步卫星绕地球运动的线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，环绕方向与地球自，环绕方向与地球自转方向相同转方向相同 三种宇宙速度三种宇宙速度第一宇宙

3、速度第一宇宙速度:要想发射人造卫星，必须具有足够的速度，发射人造要想发射人造卫星，必须具有足够的速度，发射人造卫星最小的发射速度称为第一宇宙速度，卫星最小的发射速度称为第一宇宙速度，v1=7.9 km/s。但却是绕地球做匀速圆周运动的各种卫星中的最大环但却是绕地球做匀速圆周运动的各种卫星中的最大环绕速度。绕速度。第二宇宙速度第二宇宙速度:当卫星的速度等于或大于当卫星的速度等于或大于11.2 km/s时，卫星就会脱离时，卫星就会脱离地球的引力不再绕地球运行，成为绕太阳运行的人造地球的引力不再绕地球运行，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去，我们把行星或飞到其他行星上去，我们把v2=11.2

4、 km/s称为第称为第二宇宙速度二宇宙速度,也称脱离速度。也称脱离速度。当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9 km/s时，时，它绕地球运行的轨迹就不再是圆形，而是椭圆形它绕地球运行的轨迹就不再是圆形，而是椭圆形.第三宇宙速度第三宇宙速度:当物体的速度等于或大于当物体的速度等于或大于16.7 km/s时，物体将挣脱太时，物体将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间中去，我阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间中去，我们把们把v3=16.7 km/s称为第三宇宙速度，也称逃逸速度。称为第三宇宙速度，也称逃逸速度。说明：宇宙速度是指发射速度，不是卫星的

5、运行速度。说明：宇宙速度是指发射速度，不是卫星的运行速度。人造卫星的发射过程要经过多次变轨人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道。方可到达预定轨道。(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道自转方向发射卫星到圆轨道上。上。(2)在在A点点火加速，由于速度变大，万点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道运动进入椭圆轨道。(3)在在B点点(远地点远地点)再次点火加速进入圆形轨道再次点火加速进入圆形轨道。在在B点点(远地点远地点)再次点火加再次点火加速进入圆形轨道速进入圆形轨道1变轨原理及过程变轨原理及过程在在A点点火加速，速度变大，万点点火加速，速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道做离心运动进入椭圆轨道。2三个运行物理量的大小比较三个运行物理量的大小比较速度速度v1v3vAvBvAv1v3vB加速度加速度因为在因为在A点，卫星只受到万有点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道引力作用，故不论从轨道还还是轨道是轨道上经过上经过A