宇宙航行-课件讲课稿

宇宙(yǔzhòu)航行第一页，共27页。思考(sīkǎo)与讨论：人造卫星在地球表面做圆周运动的周期(zhōuqī)最小值是多少？=84.6min或：思考(sīkǎo)：人造卫星的周期能否为24小时？第二页，共27页。1、所谓地球同步卫星是指相对于地心静止(jìngzhǐ)的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h任务(rènwu)二、地球同步卫星相关知识整理第三页，共27页。2、所有(suǒyǒu)的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合。思考：地球(dìqiú)同步卫星轨道面的位置？思考(sīkǎo)：地球同步卫星的线速度，角速度，向心加速度，高度的值有什么特点？第四页，共27页。3、计算(jìsuàn)同步卫星高度由万有引力(wànyǒuyǐnlì)提供向心力同步通讯卫星轨道(guǐdào)半径：第五页，共27页。4、同步卫星的线速度解：由万有引力(wànyǒuyǐnlì)提供向心力故将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步(tóngbù)通讯卫星的速率由此解出第六页，共27页。5、关于地球同步卫星的六个“一定”①轨道平面(píngmiàn)一定：轨道平面(píngmiàn)与 共面．②周期一定：与地球自转周期 ，即T＝24h.③角速度一定：与地球自转的角速度 。赤道(chìdào)平面相同(xiānɡtónɡ)相同与地球自转方向相同即自西向东运动。运行方向：⑥向心加速度一定：an=第七页，共27页。卫星(wèixīng)变轨问题第八页，共27页。VF引F引＜F向F引＞F向卫星(wèixīng)变轨原理MmA点速度(sùdù)—内小外大（在A点看轨迹）在A点万有引力(wànyǒuyǐnlì)相同A第九页，共27页。·思考：人造卫星(rénzàowèixīng)在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速(jiāsù)，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速(jiāsù)，即可使其沿高轨道运行。卫星(wèixīng)变轨原理1、卫星在二轨道相切点万有引力相同速度—内小外大（切点看轨迹）2、卫星在椭圆轨道运行近地点---速度大，动能大远地点---速度小，动能小第十页，共27页。vF引12R卫星在圆轨道运行(yùnxíng)速度V1V2θ＞900减小卫星变轨(biànɡuǐ)原理第十一页，共27页。第十二页，共27页。v3F引L卫星变轨(biànɡuǐ)原理第十三页，共27页。使卫星进入(jìnrù)更高轨道做圆周运动v3v4第十四页，共27页。卫星(wèixīng)的回收第十五页，共27页。第十六页，共27页。1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（）A、在轨道3上的速率大于1上的速率B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度C、在轨道2上经过(jīngguò)Q点时的速率等于在轨道3上经过(jīngguò)Q点时的速率D、在轨道1上经过(jīngguò)P点时的加速度等于在轨道2上经过(jīngguò)P点时的加速度QP2·31BD第十七页，共27页。例2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度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加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到(děngdào)同一轨道上的cD．a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大地球acbD第十八页，共27页。2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上．在卫星经过(jīngguò)A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ.已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R．求：（1）近地轨道Ⅰ上的速度大小(dàxiǎo)；（2）远地点B距地面的高度。第十九页，共27页。解：第二十页，共27页。“嫦娥奔月(chánɡébēnyuè)”图第二十一页，共27页。理性探究发射(fāshè)、变轨、运行第二十二页，共27页。2.2007年10月24日“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度为h的A点时，再经三次变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧，如图所示（）A.“嫦娥一号”由⑤到⑥需加速、由⑦到⑧需减速B.发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度C.在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方(píngfāng)成反比E.在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力①②③近地变轨轨道修正转移轨道④⑤⑥⑦⑧发射(fāshè)D第二十三页，共27页。3.2007年10月24日，“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次(sāncì)近地变轨：12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度为h的A点时，再经三次(sāncì)变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧，如图所示。若月球半径为R，试写出月球表面重力加速度的表达式。①②③近地变轨轨道修正转移轨道④⑤⑥⑦⑧发射(fāshè)第二十四页，共27页。对接(duìjiē)问题：宇宙飞船与空间站的对接(duìjiē)空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何(rúhé)到达空间站，空间站上的人又如何(rúhé)返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道(guǐdào)上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。第二十五页，共27页。飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时(tóngshí)运行到两轨道的相切点，此时飞船适当减速，便可实现对接，如图示。空间站飞船(fēichuán)对接(duìjiē)方法：第二十六页，共27页。例：在太空中有两飞行器a、b，它们在绕地球(dìqiú)的同一圆形轨道上同向运行，a