卫星变轨问题精华版ppt课件

1、2、卫星、卫星“变轨变轨 问问题题1、卫星、卫星“比较问比较问题题专题万有引力定律的运用专题万有引力定律的运用地球地球 两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运转，两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运转，它们的质量相等，轨道半径不同它们的质量相等，轨道半径不同,比较它们的向心比较它们的向心加速度加速度an、线速度、线速度v、角速度、角速度 、周期、周期T。计算中心天体的质量计算中心天体的质量M M、密度、密度当卫星在天体外当卫星在天体外表上飞行？表上飞行？2324GTrM3233RGTrVM1某星体m围绕中心天体M做圆周运动的周期为T，圆周运动的轨道半径为r 3中心天体密度2MmmgGRGgRM22知

2、中心天体的半径R和外表gRGgVM43mgRMmG2RmFRMmG202支持力RmRMmGmg22)()(22hRmhRMmGmgRmmgRMmG202RmmgRMmG202人造地球卫星人造地球卫星一切卫星的轨道圆心都在地心一切卫星的轨道圆心都在地心上上按轨道分类按轨道分类: :极地卫星极地卫星; ;赤道卫星赤道卫星; ;其他卫星其他卫星本卷须知：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星： g mR2MmGR2) T 2m(R2m MGR2) T 2( mR2m MGR2) T 2( m半径R周期T向心力F关系式备注赤道上物体即为地球半径与地球自转周期一样，即24h此处的万有引力与重力之

3、差在赤道上与地球坚持相对静止近地卫星即为地球半径可求得T=85min此处的万有引力离地高度近似为0，与地面有相对运动同步卫星可求得距地面高度h36000km，约为地球半径的5.6倍与地球自周期一样，即24h此处的万有引力轨道面与赤道面重合，在赤道上空，与地面坚持相对静止卫星变轨问题卫星变轨问题卫星变轨问题卫星变轨问题VF引rvmF2向2rMmGF 引向引FF F引引F向向F引引F向向卫星变轨原理卫星变轨原理MmA点速度点速度内小外大在内小外大在A点看轨迹点看轨迹在在A点万有引力一样点万有引力一样A思索：人造卫星在低轨道上运转，要想让其在思索：人造卫星在低轨道上运转，要想让其在高轨道上运转，应采

4、取什么措施？高轨道上运转，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运转，当行至椭圆轨圆轨道运转，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运转。可使其沿高轨道运转。卫星变轨原理卫星变轨原理1 1、卫星在二轨道相切点、卫星在二轨道相切点万有引力一样，加速度一样万有引力一样，加速度一样速度速度内小外大切点看轨迹内小外大切点看轨迹2 2、卫星在椭圆轨道运转、卫星在椭圆轨道运转近地点近地点-速度大，加速度大速度大，加速度大远地点远地点-速度小，加速度小速度小，加速度小221rMmGrmv122222,vrMmGrmv使使卫星加速到R卫星在圆

5、轨卫星在圆轨道运转速度道运转速度V1V2900减小减小卫星变轨原理卫星变轨原理223rMmGrmv椭圆卫星变轨原理卫星变轨原理2244vrMmGrmv，使使卫星加速到 【卫星如何变轨】 以发射同步卫星为例，先进入一个近地的圆轨道，然后在v2点火加速，进入椭圆形转移轨道 该椭圆轨道的近地点在近地圆轨道上，远地点在同步轨道上，到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。v1v2v3v4v2v1 v4v3 v1v4v2v1v4v3v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4结果：结果：v2v1v4v3v2v3 点火加速：点火加速：在椭圆轨在椭圆轨道上运转道上运转:第一次变轨：第一次变轨：第二次变轨：第二

6、次变轨： 点火加速：点火加速：在圆轨道上在圆轨道上稳定运转：稳定运转： 【分析思绪】 1 1、如下图，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如下图，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道轨道1 1，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道2 2运转；最后再次点运转；最后再次点火将其送入同步圆轨道火将其送入同步圆轨道3 3。轨道。轨道1 1、2 2相切于相切于P P点，点，2 2、3 3相相切于切于Q Q点。当卫星分别在点。当卫星分别在1 1、2 2、3 3上正常运转时，以下说上正常运转时，以下说法正确的选项是法正确的选项是 A A、在轨道、在轨道3 3上的速率大上的速率大 于于1

7、1上的速率上的速率 B B、在轨道、在轨道3 3上的角速度上的角速度 小于小于1 1上的角速度上的角速度 C C、在轨道、在轨道2 2上经过上经过Q Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3 3上经过上经过Q Q点时的速率点时的速率 D D、在轨道、在轨道1 1上经过上经过P P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2 2上上 经过经过P P点时的加速度点时的加速度 QQP P231BD 【例题】如下图，宇宙飞船B在低轨道飞行，为了给更高轨道的空间站A保送物资，它可以采用喷气的方法改动速度，从而到达改动轨道的目的，以下说法正确的选项是( )A、它应沿运转方向方向喷气，与A对接后周期

8、变小B、它应沿运转速度反方向喷气，与A对接后周期变大C、它应沿运转方向方向喷气，与A对接后周期变大D、它应沿运转速度反方向喷气，与A对接后周期变小 【练习】宇宙飞船空间站在同一轨道上运动，假设飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是A、飞船加速直到追上空间站B、飞船从原轨道减速至一较低轨道，再加速追上空间站完成对接C、飞船从原轨道加速至一较高轨道，再减速追上空间站完成对接D、无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接 【练习】发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运转，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3

9、相切于P点，如下图。那么当卫星分别在1、2、3轨道上正常运转时，以下说法正确的选项是：A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度123pQ 【练习】如下图，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运转的3颗人造卫星，以下说法正确的选项是：Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同一轨道上的c Da卫星由于某种缘由，轨道半径缓慢

10、减小，其线速度将变小地球地球acb2 2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道表示图，先将、如图是发射地球同步卫星的简化轨道表示图，先将卫星发射至距地面高度为卫星发射至距地面高度为h1h1的近地轨道的近地轨道上在卫星上在卫星经过经过A A点时点火实施变轨，进入远地点为点时点火实施变轨，进入远地点为B B的椭圆轨道的椭圆轨道上，最后在上，最后在B B点再次点火，将卫星送入同步轨道点再次点火，将卫星送入同步轨道.知地球外表重力加速度为知地球外表重力加速度为g g，地球自转周期为，地球自转周期为T T，地球，地球的半径为的半径为R R求：求：1 1近地轨道近地轨道上的速度大小；上的速度大小；2 2远地点

11、远地点B B距地面的高度。距地面的高度。解：解：“嫦娥奔月嫦娥奔月 图图理性探求理性探求 发射、变轨、发射、变轨、运转运转 2. 2007 2. 2007年年1010月月2424日日“嫦娥一号卫星星箭分别，卫星进入绕嫦娥一号卫星星箭分别，卫星进入绕地轨道。在绕地运转时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运转时，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道。地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球外表高度时，当卫星经过距月球外表高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点

12、时，再经三次变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如下图，如下图 A. A.“嫦娥一号由到需加速、由到需减速嫦娥一号由到需加速、由到需减速 B. B.发射发射“嫦娥一号的速度必需到达第三宇宙速度嫦娥一号的速度必需到达第三宇宙速度 C. C.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上, ,卫星周期与卫星质量有关卫星周期与卫星质量有关 D. D.卫星受月球的引力与它到月球中心间隔的平方成反比卫星受月球的引力与它到月球中心间隔的平方成反比 E. E.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上, ,卫星受地球的引力大于受月球的引力卫

13、星受地球的引力大于受月球的引力近地变轨近地变轨轨道修正轨道修正转移轨道转移轨道发射发射D 3. 2007 3. 2007年年1010月月2424日，日，“嫦娥一号卫星星箭分别，卫星进入嫦娥一号卫星星箭分别，卫星进入绕绕地轨道。在绕地运转时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运转时，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道。地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球外表高度时，当卫星经过距月球外表高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点时，再经三次变轨：1212小时

14、椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如下图。，如下图。 假设月球半径为假设月球半径为R R，试写出月球外表重力加速度的表达式。，试写出月球外表重力加速度的表达式。近地变轨近地变轨轨道修正轨道修正转移轨道转移轨道发射发射对接问题：宇宙飞船与空间站的对接对接问题：宇宙飞船与空间站的对接 空间站实践上就是一个载有人的人造卫星，空间站实践上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何到达空间站，空间那么，地球上的人如何到达空间站，空间站上的人又如何前往地面？这些活动都需站上的人又如何前往地面？这些活动都需求经过宇宙飞船

15、来完成，这就存在一个宇求经过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。宙飞船与空间站对接的问题。思索：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同思索：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再经过加速去追上空间站实现对一轨道上，再经过加速去追上空间站实现对接呢？接呢？ 不行，由于飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆不行，由于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。轨道而无法与空间站对接。 飞船首先在比空间站低的轨飞船首先在比空间站低的轨道运转，当运转到适当位置道运转，当运转到适当位置时，再加速运转到一个椭圆时，再加速运转到一个椭圆轨道。轨道。 经过控制轨道使飞船跟空间经过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运转到两轨道的站恰好同时运转到两轨道的相切点，此时飞船适当减速，相切点，此时飞船适当减速，便可实现对接，如图示。便可实现对接，如图示。飞船飞船对接方法：对接方法：例：在太空中有两飞行器例：在太空中有两飞行器a a、b b，它们在绕地，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运转，球的同一圆形轨道上同向运转，a a在前在前b b在后，在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，现要想机，现要想b b 尽快追上尽快