2021学年高一下学期物理人教版必修第二册-7.4宇宙航行

2021学年高一下学期物理人教版必修第二册-7.4宇宙航行2024-02-02宇宙航行概述宇宙速度与逃逸速度卫星轨道与变轨问题太空探索与星际航行火箭技术与载人航天宇宙航行中的物理问题contents目录01宇宙航行概述定义宇宙航行是指人类利用航天器在太空中进行的各种探测、研究和开发活动。意义宇宙航行对于人类认识宇宙、拓展生存空间、促进科技发展等方面具有重要意义。通过宇宙航行，人类可以深入了解宇宙的起源、演化和结构，探索太空资源，发展新的科技产业，同时推动国际合作与交流。宇宙航行的定义与意义早期探索古代人类通过观察天象、编制星图等方式对宇宙进行初步探索。近现代发展20世纪初，随着科学技术的进步，人类开始利用火箭技术进行太空探测。1957年，苏联成功发射第一颗人造地球卫星，标志着人类正式进入太空时代。此后，美国、中国等国家相继开展太空探测活动，取得了一系列重要成果。未来展望未来，随着科技的不断进步和人类对宇宙认识的深入，宇宙航行将进入新的发展阶段。人类将开展更加深入、广泛的太空探测活动，建立更加完善的太空产业体系，推动人类文明向更高层次迈进。宇宙航行的历史与发展包括卫星航行、载人航天、深空探测等。卫星航行是利用各种卫星在地球附近或太阳系内进行的探测和研究活动；载人航天是指人类乘坐载人飞船进入太空进行的活动；深空探测是指利用无人航天器对远离地球的天体或宇宙深处进行的探测和研究活动。按航天器类型分类包括科学探测、技术试验、应用开发等。科学探测是为了揭示宇宙的自然规律和现象而进行的探测和研究活动；技术试验是为了验证和发展航天技术而进行的试验性活动；应用开发是为了利用太空资源和环境而进行的开发性活动。按任务性质分类宇宙航行的基本分类02宇宙速度与逃逸速度03物理意义第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最大速度，同时也是卫星的最小发射速度。01定义第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度。02数值第一宇宙速度的大小为7.9km/s。第一宇宙速度第二宇宙速度又称为脱离速度，是指从地球表面发射的物体摆脱地球引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。定义第二宇宙速度的大小约为11.2km/s。数值当物体（航天器）飞行速度达到第二宇宙速度时，就可以摆脱地球引力的束缚，离开地球进入太阳系，沿抛物线轨道飞入行星际空间。物理意义第二宇宙速度数值第三宇宙速度的大小约为16.7km/s。物理意义当物体（航天器）飞行速度达到第三宇宙速度时，就可以摆脱太阳引力的束缚，离开太阳系进入更广袤的宇宙空间。定义第三宇宙速度又称为逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力的束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。第三宇宙速度逃逸速度是指从某天体表面发射的物体摆脱该天体引力束缚所需的最小初始速度。对于不同的天体，其逃逸速度也不同。逃逸速度的概念逃逸速度的大小与发射物体的质量和天体的质量、半径有关。一般来说，天体质量越大、半径越小，其逃逸速度也越大。对于地球来说，其逃逸速度约为11.2km/s；而对于太阳来说，其逃逸速度则高达618km/s。逃逸速度的计算逃逸速度的概念与计算03卫星轨道与变轨问题卫星绕地球运行的周期与地球自转周期相同，常用于通信和气象观测。地球同步轨道太阳同步轨道极地轨道卫星轨道平面与太阳保持相对固定，适用于对特定地区进行持续观测。卫星通过地球两极上空，可实现对全球范围内的覆盖和观测。030201卫星轨道的分类与特点通过火箭发动机提供推力，改变卫星的速度和方向，实现轨道变换。火箭推进利用行星等天体的引力场，改变卫星的飞行方向和速度，达到节省能源的目的。引力助推在卫星上安装小型发动机，通过多次点火和调整，使卫星逐渐调整到目标轨道。轨道机动卫星变轨的原理与方法受地球形状、大气阻力、太阳辐射压等多种因素影响，卫星轨道会发生微小变化。轨道摄动为确保卫星在预定轨道上稳定运行，需定期进行轨道修正和调整。轨道保持随着太空垃圾增多，卫星在轨道上发生碰撞的风险也在增加，需加强监测和预警。碰撞风险卫星轨道的稳定性问题04太空探索与星际航行早期太空探索人造卫星的发射载人航天与登月太空探测器的应用太空探索的历程与成果01020304从古代的天文观测到近现代的火箭技术，人类逐渐揭开太空的神秘面纱。成功将人造卫星送入太空，开启了太空探索的新纪元。人类首次进入太空、登上月球，标志着太空探索进入全新阶段。通过发射太空探测器，人类得以深入了解太阳系及更遥远的宇宙。星际航行的设想与挑战构想通过核推进、离子推进等先进技术实现恒星际旅行。面临能源、材料、生命保障等多方面的技术难题和挑战。需要巨大的经济投入和国际合作，涉及复杂的政治和经济问题。星际航行可能引发一系列伦理和法律问题，如资源争夺、外星生命保护等。星际航行设想技术挑战经济与政治挑战伦理与法律挑战深入探索太阳系寻找外星生命发展商业航天加强国际合作未来太空探索的发展趋势继续发射探测器，对太阳系内各行星、小行星、彗星等进行深入探测。随着技术的进步和成本的降低，商业航天将逐渐兴起，推动太空旅游、太空资源开发等产业的发展。通过观测和探测手段，积极寻找外星生命的迹象。面对太空探索的巨大挑战和机遇，各国将加强国际合作，共同推进太空探索事业的发展。05火箭技术与载人航天起源于中国古代，最初用于军事和娱乐目的，后来逐渐发展成为现代火箭技术的基础。早期火箭技术液体燃料火箭固体燃料火箭火箭技术的现状与未来20世纪初，液体燃料火箭开始研制，成为现代火箭技术的主流。固体燃料火箭具有结构简单、可靠性高等优点，在某些领域得到广泛应用。随着科技的进步，火箭技术不断创新和发展，未来将更加注重环保、可重复使用和降低成本等方面。火箭技术的发展历程

载人航天的基本原理与过程载人航天的基本原理利用火箭的推力将载人飞船送入太空，通过轨道飞行和返回技术实现载人航天任务。载人航天的过程包括发射阶段、轨道飞行阶段和返回阶段，每个阶段都需要精密的技术和严格的操作规程。载人航天的挑战与风险载人航天面临着诸多挑战和风险，如太空环境的不确定性、人体对太空环境的适应性问题等。主要用于近地轨道飞行和短期载人航天任务，具有结构紧凑、功能齐全等特点。载人飞船是一种长期在轨运行的载人航天器，可供多名航天员长期驻留并进行各种科学实验和技术试验。空间站是一种可重复使用的载人航天器，具有发射卫星、进行太空维修和开展科学实验等多种功能。航天飞机还包括载人登月飞船、火星探测器等，具有不同的特点和功能。其他载人航天器载人航天器的分类与特点06宇宙航行中的物理问题牛顿运动定律在宇宙航行中，牛顿运动定律用于描述航天器的运动状态，包括加速度、速度和位移等。万有引力定律宇宙航行的基础是万有引力定律，它描述了物体之间的引力关系，是计算天体运动轨迹和速度的关键。动量守恒定律在宇宙空间中，由于没有空气阻力等外力作用，动量守恒定律在航天器对接、分离等操作中具有重要意义。宇宙航行中的力学问题热辐射宇宙空间中的物体通过热辐射进行能量交换，航天器需要考虑太阳辐射和地球辐射对温度的影响。热传导在宇宙航行中，热传导是航天器内部热量传递的主要方式，需要合理设计热传导路径和散热系统。热膨胀由于宇宙空间温度变化较大，航天器需要考虑材料热膨胀对结构稳定性的影响。宇宙航行中的热学问题1