人造卫星中的力学.ppt

设计人 黄颖班级 少年班学号 pb05000839 人造卫星中的力学 序语 天文学是我的一个爱好 我对一望无际的宇宙充满了好奇与憧憬 我以后立志为中国的航天事业献出一份力量 我在这里浅薄的谈谈有关人造天体的动力学 我参考了一些资料 也结合平时上课的内容发表了一下见解 人造天体动力学 力学的一个重要的领域天体力学的一个新的分支 研究人类从地球上向空间发射的各种飞行器的运动人造天体基本上分为三类 人造地球卫星 月球火箭和行星际飞行器 人造地球卫星动力学 回收的人造地球卫星一般有三个不同的飞行阶段 发射段 轨道飞行段和返航段 通常所说的卫星轨道是指第二段 人造地球卫星动力学 火箭发动机停止工作 卫星以一定速度 略大于第一宇宙速度 进入预定轨道 在地球引力作用下 卫星在一个近似椭圆轨道上绕地球运行在我们力学课上 把卫星饶地球运行简单的看作是圆周运动 而真实的运动远比这复杂 发射段 火箭在飞行中主要受三种力的作用 即地球引力 大气阻力和喷气推力在满足卫星预定轨道要求的前提下 根据火箭动能消耗最小的原则来确定发射方式 返航段 这是卫星在绕地球运行的轨道上飞行若干圈完成任务后 再入大气层返回地面预定目标的飞行段火箭发动机重新开始工作 并改变喷气方向使卫星减速在返航段 卫星却以很高的速度再入大气层 返航段 这里气动热问题 对于载人飞船 还有人体超重问题 显得忧为重要 要使卫星能安全返回地面 一个突出的问题是减速 为了尽量减少起飞重量 常常配合运用大气阻力制动来实现安全返航 此时卫星仍以较高速度再入大气层 在其头部将会出现强烈的冲击波 波后的气流会达到6 000 10 000K的高温 这就是气动热问题 在发射段和返航段 人造卫星受到多种复杂的力的作用 这两个阶段并不算是天体动力学的典型过程 这里 人造地球卫星动力学主要研究人造地球卫星在地球引力场和其他摄动因素下的运动和动力学问题 轨道飞行阶段 卫星在地球稠密大气层外的近地空间飞行 主要受地球引力的作用 即使为了调整卫星在空间的姿态仍然要有喷气过程 这时卫星飞行所涉及的力学问题 是一个典型的天体力学问题 轨道运行阶段 Case1 如果地球是一个质量均匀的标准球体 那么Newton已经证明 地球对其他星球的万有引力可以看作质量集中在地心的质点对它的作用 case2 地球是一个密度分布不均匀 形状又很不规则的天体 所以 对卫星的运动来说 不能把地球看成质点 在我们一学期的力学学习中 我们仅仅把卫星绕地球的运动简化为圆周运动 实际上只是在轨道运行阶段卫星的运动都需要如 变换理论 中间轨道理论 共振理论来解决实际问题 我大二时想选地球物理 我想以后我们要学会的不仅仅是书本上的习题 还要真正掌握更深一步的理论 月球火箭动力学 月球是离地球最近的天体 是星际航行的第一个目标月球火箭又大致分为三类 接近或绕过月球后又重返地球附近的飞行器 相当于一个特殊的远地卫星 击中月球 硬著陆或软著陆 探测器和人造月球卫星我们通常把月球火箭的运动当作限制性三体问题来处理 月球火箭动力学 我们都知道 三体问题是一个很复杂的问题 如果把月球火箭的运动分解成地球与火箭 月球与火箭的双二体问题地月系统 月球的作用范围约有66 000公里 在这个范围内 只考虑月球对火箭的引力作用 而在这范围外 只考虑地球对火箭的引力作用 行星际飞行器动力学 发往太阳系各行星的探测器称为行星际飞行器分三类 接近或绕过目标行星 击中目标行星和人造行星卫星们的飞行可分为从地球附近发射到脱离地球作用范围前 脱离地球作用范围后到进入目标行星作用范围前 这一段常称为过渡轨道 主要受太阳的引力作用 和进入目标行星作用范围三个阶段 行星际飞行器动力学 在整个飞行过程中 飞行器基本上受两种力的作用 即太阳和有关行星的引力以及火箭推力选择什么样的过渡轨道以使能量消耗不大而飞行时间又较短的最优化问题 以及飞行中几次靠火箭推力换轨的轨道过渡问题 都是行星际飞行器动力学的重要问题 末言 以上主要谈里一些有关天体动力学的概况 其实 在我们的生活的各个领域 力学的作用无处不在