宇宙航行（定稿）

第六章万有引力与航天,5宇宙航行,嫦娥奔月,外国人的飞天梦,梦想成真,在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新纪元。1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕。1969年7月20日，美国“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想2003年10月15日，中国宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”飞船绕行地球14圈人类进入了航天时代,时至今日，数千颗人造卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。牛顿发现的万有引力定律取得了如此辉煌的成就，以至于阿波罗8号从月球返航的途中，当地面控制中心问及“是谁在驾驶”的时候，指令长这样回答：“我想现在是牛顿在驾驶。”,牛顿的设想,牛顿设想的人造卫星原理图,一、宇宙速度,(已知=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量M=5.891024kg,地球半径R=6400km),（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）,探究问题一：,这个“足够大的速度”应该有多大呢？,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度,v=7900m/s,物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的线速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度,适用于计算任一天体的第一宇宙速度,讨论：向高轨道与向低轨道发射卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？,高轨道卫星与低轨道卫星相比哪个运行速度大？,注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念,运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度,发射速度指被发射物体离开地面时的速度,V1=7.9km/s（第一宇宙速度）,最小发射速度,最大运行速度,人造卫星的r大,需要的v发射大；而v运行却小,3、第三宇宙速度：v=16.7千米/秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）,1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒（地球卫星的最小发射速度）,2、第二宇宙速度（逃逸速度）：v=11.2千米/秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）,或,一、宇宙速度,二、人造地球卫星,1、基本思路：万有引力（重力）提供向心力,思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越（2）离地面越高，线速度越（3）离地面越高，周期越（4）离地面越高，角速度越（5）离地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,探究问题二：,（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？,提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心,赤道平面,南,东,西,北,地球同步卫星轨道,A,B,C,D,F1,F2,赤道平面,北,南,东,西,地球同步卫星轨道,所有同步卫星都具有如下特点：1.只能分布在一个确定的赤道轨道上。2.周期与地球自转的周期相同:T24h。角速度与地球的自转角速度相同。3.离地面高度:h=36000km。4.线速度:v=3.1km/s。,同步卫星,与地球相对静止的人造卫星,1.为了同步卫星之间不互相干扰，大约3左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。2.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫星即可。,三、梦想成真,1957年10月，原苏联发射第一颗人造地球卫星，卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈,请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星的线速度是多少？,世界航天,几年之后，1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。,火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。,世界航天,1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。,世界航天,航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。,1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。,世界航天,2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。,无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。,世界航天,“哈勃”太空望远镜哈勃望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元，于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590千米的太空轨道。,哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。,世界航天,1975年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。,1970年，“东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。,中国航天,1984年，试验通信卫星：“东方红”2号，标志着中国是世界上第5个能发射地球静止轨道卫星的国家。,通信卫星,中国航天,飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础,中国航天,1992年，中国载人航天工程正式启动2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空,中国航天,世界航天,尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙