2026年黑吉辽蒙高考物理二轮复习题型07 卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题（原卷版）

题型07卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题

目录

第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局

第二部分考向破译微观解剖，精细教学

总方法透视典例引领变式演练

考向01卫星变轨的基本原理

考向02卫星的发射与回收原理

考向03卫星变轨时三类物理量的定性比较

考向04能量问题

第三部分综合巩固整合应用，模拟实战

黑吉辽蒙高考物理“卫星变轨、发射、回收”是万有引力模块综合核心，近5年（2021-2025）稳

定出现在多选中档题（4-5分），偶见于力学综合大题小问（3-4分），常结合开普勒定律、能量、加

速度/速度比较，是高频与区分度重点，以下为结构化考情分析。核心逻辑：发射（加速抬轨）→变

轨（切点加速/减速）→回收（减速降轨+大气制动）；关键在切点速度突变（加速/减速）、轨道参量

（v/ω/T/a）与轨道半径r的关系、机械能变化（高轨机械能更大）。关键模型：椭圆-圆相切变轨、

多轨道调整（如天问一号、鹊桥二号）、对接/回收制动；核心是开普勒定律+万有引力=向心力+能量

变化。

1.卫星变轨的基本原理

当卫星开启发动机，或者受空气阻力作用时，万有引力不再等于卫星所需向心力，卫星的轨道将发生

变化。如图所示。

减小

vm

离心运动

F引F向F引

F引F向

近心运动

M

F引F向

�速圆周运动

Mmv2

(1)当卫星的速度增加时，G<m，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的

r2r

圆轨道，如果速度增加很缓慢，卫星每转一周均可看成做匀速圆周运动，经过一段时间，轨道半径变大，

GM

当卫星进入新的轨道运行时，由v＝可知其运行速度比在原轨道时小。

r

Mmv2

(2)当卫星的速度减小时，G>m，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆

r2r

轨道，如果速度减小很缓慢，卫星每转一周均可看成做匀速圆周运动，经过一段时间，轨道半径变小，当

GM

卫星进入新的轨道运行时，由v＝可知其运行速度比在原轨道时大。例如，人造卫星受到高空稀薄

r

大气的摩擦力，轨道高度不断降低。

2．卫星的发射与回收原理

卫星轨道的突变：由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机，使飞行器轨

道发生突变，使其进入预定的轨道。如图所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成：

(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1。

GMmv2

(2)变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由v1增加到v2，这时<m，卫星脱离原轨道做离心运动，

r2r

进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。

(3)卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫

星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。

飞船和空间站的对接过程与此类似。卫星的回收过程和飞船的返回则是相反的过程，通过突然减速，

GMmv2

>m，变轨到低轨道，最后在椭圆轨道的近地点处返回地面。发射或回收示意图如下：

r2r

空间站对接示意图如下：

3．卫星变轨时三类物理量的定性比较

(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ、Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v4，在轨道Ⅱ上过P、Q点时的速率分别为v2、v3，

在P点加速，则v2>v1；在Q点加速，则v4>v3。又因v1>v4，故有v2>v1>v4>v3。

(2)加速度：因为在P点不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过，P点到地心的距离都相同，卫星的加速度都相同，

设为aP。同理，在Q点加速度也相同，设为aQ。又因Q点到地心的距离大于P点到地心的距离，所以aQ<aP。

r3

(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径或半长轴分别为r1、r2、r3，由＝

T2

k可知T1<T2<T3。

4.能量问题

卫星速率增大(发动机做正功)会做离心运动，轨道半径增大，万有引力做负功，卫星动能减小，由于变轨时

Mmv2

遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足G＝m，致使卫星在较高轨道上的运行速率小于在较低轨道

r2r

上的运行速率，但机械能增大(发动机做正功)；

相反，卫星由于速率减小(发动机做负功)会做向心运动，轨道半径减小，万有引力做正功，卫星动能增大，

同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械能减小(发动机做负功)。

考向01卫星变轨的基本原理

【例1-1】（2025·黑龙江大庆·一模）神舟二十号载人飞船入轨后，于北京时间2025年4月24日23时49分，

成功对接于空间站天和核心舱径向端口，整个对接过程历时约6.5小时。飞船和空间站的变轨对接可简化为

如图所示的过程，飞船变轨前稳定运行在圆轨道1，空间站运行在圆轨道3，椭圆轨道2为飞船的转移轨道。

轨道1和2、2和3分别相切于P、Q两点。不计飞船质量的变化，关于神舟二十号载人飞船，下列说法正

确的是（）

A．飞船的发射速度小于7.9km/s

B．飞船在轨道2上Q点的加速度小于在轨道3上Q点的加速度

C．飞船在轨道2上运动的周期小于在轨道1上运动的周期

D．飞船从P点沿椭圆轨道运动到Q点，飞船的动能一直在减小

【例1-2】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）2025年3月10日1时17分，通信技术试验卫星十五号在西昌

卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射升空，卫星顺利进入预定轨道。将卫星的发射过程简化如下：

先将卫星发射至近地圆轨道1，变轨使其沿椭圆轨道2运行，最后变轨将卫星送入预定圆轨道3，轨道1、2

相切于P点，轨道2、3相切于Q点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中不正确的是

（）

A．运行周期的关系为T1T2T3

B．卫星在三条轨道上运行时，经过轨道2上Q点时线速度最小

C．卫星在轨道2上运行的线速度始终小于第一宇宙速度

D．卫星在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度

【变式1-1】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）2024年11月04日凌晨，神舟十八号载人飞船成功返回地面，

神舟飞船返回过程简化如图所示。神舟十八号载人飞船与空间站分离后沿椭圆轨道1运行，圆形轨道2为

空间站运行轨道，P为两轨道切点，Q为轨道1近地点，Q点离地高度不计。已知轨道2的轨道半径为r，

地球表面重力加速度为g，地球半径为R，且不计地球自转，轨道1的周期为T，引力常量为G，下列分析

或结论正确的是（）

A．载人飞船在轨道1上经过P点时加速度大于经过Q点时的加速度

gR2

B．载人飞船在轨道1上经过P点时速度大于

r

4π2r3

C．地球质量M

GT2

gR2

D．空间站在轨道2运行的速率等于

r

【变式1-2】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）2024年4月25日神舟十八号载人飞船与距地表约400km的空

间站顺利完成径向对接。对接前，飞船在空间站正下方200m的“停泊点”处调整为垂直姿态，并与空间站保

持相对静止；随后逐步上升到“对接点”，与空间站完成对接形成组合体，组合体在空间站原轨道上做匀速圆

周运动。下列说法正确的是（）

A．飞船在“停泊点”时的运动速度大于空间站运动速度

B．飞船在“停泊点”时所受地球的万有引力提供向心力

C．相比于对接前，对接稳定后空间站的运动速度减小

D．相比于对接前，对接稳定后载人飞船的机械能增加

考向02卫星的发射与回收原理

【例2-1】（2025·吉林长春·三模）2021年2月，“天问一号”探测器到达火星附近，经“刹车”被火星捕获，进

入大椭圆轨道，近火点为A点。探测器到达大椭圆轨道远火点B时进行变轨，通过调整轨道平面、降低近

火点高度，使轨道变为经过火星南北两极的极轨。关于探测器的运动，下列说法正确的是（）

A．由A向B运动过程中速度变大

B．在B点变轨时，只需沿其运动方向点火喷气

C．在大椭圆轨道的周期大于极轨的周期

D．在大椭圆轨道经过B点的速度大于火星的第一宇宙速度

【例2-2】（2025·黑龙江·二模）2024年10月30日4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十

九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。10月30日11时00分，神舟十九号载人飞船与空间站组合体完

成自主快速交会对接。关于本次交会对接下列说法正确的是（）

A．神舟十九号载人飞船先运动到与空间相同的轨道后加速对接

B．神舟十九号载人飞船先运动到与空间相同的轨道后减速对接

C．神舟十九号载人飞船先运动到比空间低的轨道后加速对接

D．神舟十九号载人飞船先运动到比空间高的轨道后加速对接

【变式2-1】（2025·黑龙江哈尔滨·一模）2024年6月5日，美国航天员苏尼·威廉姆斯、巴里·威尔莫尔搭乘

波音公司的“星际客车”飞船飞赴国际空间站执行为期8天的工作任务，但因返回飞船出现故障至今仍滞留在

空间站无法返回，从而开启了世界航天史的“新篇章”，已知国际空间站在离地高度为h的圆形轨道飞行，地

球表面重力加速度为g，万有引力常量G，地球半径为R，下列说法正确的是（）

R

A．国际空间站运行的周期为T2π

g

3(Rh)3

B．地球的密度

GT2R3

C．宇航员在空间站里处于完全失重状态，故宇航员所受重力为零

D．宇航员乘坐飞船返回地球时需要适当加速

【变式2-2】（2025·黑龙江·一模）2024年10月30日，神舟十九号由长征二号F遥十九运载火箭送入近地

点约为200km，远地点约为362km的预定椭圆轨道。约6.5小时后，神舟十九号成功对接空间站天和核心

舱前向端口，如图所示。下列说法正确的是（）

A．飞船从近地点沿椭圆轨道到达远地点的过程中机械能增加

B．飞船在椭圆轨道的远地点与变轨到圆轨道后相比，加速度大小不变

C．空间站组合体中的人和物体均处于超重状态

D．对接后空间站组合体质量增大，在原来的圆轨道上运行的速度变大

考向03卫星变轨时三类物理量的定性比较

【例3-1】（2025·黑龙江·模拟预测）北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统。北斗系统空间

段由若干地球静止轨道卫星G5（轨道高度约为36000km）、倾斜地球同步轨道卫星（轨道高度约为36000km，

轨道平面与赤道平面的夹角为54.8）和中圆地球轨道卫星M3（轨道高度约为21600km）三种轨道卫星组

成混合导航星座，所有卫星运动均可视为匀速圆周运动。根据题中所给条件下列判断正确的是（）

A．倾斜地球同步轨道卫星总在地面上某点正上方

B．北斗G5的线速度一定小于北斗M3的线速度

C．北斗G5绕地球运转的向心加速度一定小于北斗M3的向心加速度

D．北斗G5的机械能一定大于北斗M3的机械能

【例3-2】（2025·黑龙江·二模）火星冲日现象是火星、地球、太阳三者处于同一直线上，地球处于太阳、火

星之间，此时是观察火星的最佳时间。如图所示，假设火星和地球在同一平面内沿同一方向绕太阳做匀速

圆周运动。已知火星到太阳中心的距离约是地球到太阳中心的距离的1.5倍，下列说法正确的是（）

A．火星绕太阳公转的周期约为15个月B．地球与火星公转的线速度大小之比为3:2

C．地球与火星公转的向心加速度大小之比为4:9D．两次火星冲日现象的时间间隔约为26.4个月

【变式3-1】（2025·黑龙江大庆·模拟预测）2024年10月30日11时00分，神舟十九号载人飞船在经历了

约6.5小时的飞行后，完成了与空间站天和核心舱快速交会对接。12月17日21时57分，乘组航天员进行

9小时的出舱执行任务，打破了航天员出舱活动时长的世界纪录。已知地球半径为R，地球表面重力加速度

大小为g，空间站绕地球做匀速圆周运动的半径为kR，若忽略地球自转的影响，则（）

A．航天员出舱执行任务时不受地球引力作用

B．空间站绕地球做匀速圆周运动的线速度大于7.9km/s

1

C．空间站的向心加速度大小为g

k2

D．在空间站可以用弹簧秤测出砝码所受的重力大小

【变式3-2】（2025·黑龙江哈尔滨·二模）南天门天文台是黑龙江省首个私人天文台，添补了黑龙江私人天文

3

台的空白。有天文爱好者利用该天文台观测发现，水星半径约为地球的，已知水星平均密度与地球平均

8

密度相近，则近水星卫星与地球近地卫星线速度之比为（）

A．64:9B．8:3C．3:8D．9:64

考向04能量问题

【例4-1】（2025·黑龙江齐齐哈尔·模拟预测）2024年9月19日，第59颗、第60颗（简称60号星）北斗

导航卫星顺利进入预定轨道。如图所示，若60号星先在半径为r的圆轨道Ⅰ上绕行，经其上A点变轨后进入

预定轨道Ⅱ。已知A、B分别为轨道Ⅱ的近地点和远地点，B与地心的距离为3r，60号星在轨道Ⅰ上运行的周

GMm

期为T，地球的质量为M，引力常量为G，在太空中卫星的引力势能为E，其中h为卫星到地心

ph

的距离，m为卫星的质量。下列说法正确的是（）

A．60号星从A到B历时22T

B．60号星从A到B历时2T

3GM

C．60号星在轨道Ⅱ上A点的速度大小为

2r

4GM

D．60号星在轨道Ⅱ上A点的速度大小为

3r

【例4-2】（2025·辽宁丹东·模拟预测）“天问三号”是我国研发的火星探测器系统，计划于2028年前后实施

发射，探研火星地质和内部结构特征。某研究人员提出研究方案：通过释放绕火星做圆周运动的卫星，可

测得火星半径R和质量M。方案具体如下：已知火星的自转周期为T1，卫星先在火星同步轨道上运行，此

时距火星表面的高度为h。接下来卫星经过几次变轨，直到在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动，此时卫

星的运行周期为T2。引力常量为G，不考虑其他天体对卫星的引力，忽略变轨过程中卫星质量变化，则下

列说法中正确的是（）

A．T2T1

B．该卫星在变轨后，机械能减小

2

3

T2h

C．根据研究方案，可以求出火星半径R22

33

T1T2

4π2h3

D．根据研究方案，可以求出火星质量M2

GT1

【变式4-1】（2025·辽宁大连·三模）如图是神舟十九号载人飞船与天和核心舱成功对接的示意图。天和核心

舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ上；神舟十九号飞船处于半径为r1的圆轨道I上，运行周期为T1，经过A点时，

通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B点与核心舱对接，则神舟十九号飞船（）

A．沿轨道Ⅱ运动过程中，vAvB

B．沿轨道Ⅱ从A点运动到B点过程中，机械能增大

C．轨道I上的速度大于沿轨道Ⅱ运动经过B点的速度

Trr

D．从A点沿椭圆轨道Ⅱ运动到B点用时1(13)3

22r1

【变式4-2】（2025·辽宁盘锦·三模）一颗质量为m的卫星绕地球在椭圆轨道上运动，近地点到地球中心的

GMm

距离为r1，远地点到地球中心的距离为r2。已知地球的质量为M，引力常量为G，引力势能表达式E，

pr

其中r为卫星到地球的距离。以下说法正确的是（）

GM2rr

A．卫星在近地点的速度为12

r1r2

2GMr

B．卫星在远地点的速度为1

r2r1r2

GM

C．卫星在近地点的加速度为2

r1

GM

D．卫星在远地点的加速度为rr

(21)2

2

1．（2025·辽宁鞍山·一模）“嫦娥六号”探测器于2024年5月8日进入环月轨道，后续经调整环月轨道高度

和倾角，实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从r1调整到r2时（两轨道均可视为圆形轨道），关于其

在两个轨道的速度v以及加速度a的判断正确的是（）

vrvr2

1212

A．B．2

v2r1v2r1

arar2

1212

C．D．2

a2r1a2r1

2．（2025·辽宁锦州·模拟预测）“嫦娥奔月”非神话，“破壁飞天”化玉娥。“万户”精魂佑火箭，屈原“天问”下

长河。2025年5月前后，天问二号将搭乘长征三号乙运载火箭，开启深空探测新征程。天问二号将执行近

地小行星2016HO3伴飞取样探测任务，若“天问二号”被小行星捕获后，某阶段进入环绕小行星的椭圆轨道Ⅰ

上运行，在“近火点”A制动后，后来进入轨道Ⅱ绕小行星做匀速圆周运动。“天问二号”在轨道Ⅰ上的运行周期

为T1，经过点A时的速率为v1，在轨道Ⅱ上运行的周期为T2，轨道半径为R，运行速率为v2。已知小行星质

量为M，万有引力常量为G，则（）

GMGM

A．TT，vvB．TT，vv

1212R1212R

GMGM

C．T1>T2，vvD．T1>T2，vv

12R12R

3．（2025·辽宁·模拟预测）科学家们设想的太空电梯是从距离地面3.6万公里的地球同步空间站向地面垂下

一条缆绳至地面基站，并沿着这条缆绳修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船，往来运输物资。为了抵

消缆绳重力和电梯飞船升降过程中对空间站的影响，在空间站外侧的轨道上设计配重，用缆绳将配重和同

步空间站连接，让配重和同步空间站以相同的角速度绕地球做圆周运动。则下列说法正确的是（）

A．地面基站一定修建在赤道上

B．电梯型飞船垂直缆绳的速度大小与其距离地面的高度成正比

C．同步空间站内的航天员不受地球的引力作用，处于完全失重状态

D．若基站、同步空间站、配重之间的缆绳同时断裂开，同步空间站仍可以在地球同步轨道稳定运行

4．（2025·辽宁·三模）北京时间2025年3月26日23时55分，西昌卫星发射中心长征三号乙运载火箭点火

起飞，天链二号04星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。发射可简化为如图所示过程，先将卫星

发射到半径为r的圆轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，卫星运动到A点时变轨进入椭圆轨道Ⅱ，运动到椭圆轨道Ⅱ的

远地点B时，再次变轨进入半径为2r的圆轨道Ⅲ做匀速圆周运动。下列判断正确的是（）

A．卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上运行的周期之比为1:22

B．要实现从椭圆轨道B处进入圆轨道Ⅲ，发动机需要向前喷气

C．卫星在轨道Ⅰ上的机械能大于轨道Ⅲ上的机械能

D．卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上与地心连线单位时间扫过的面积一定相等

5．（2025·辽宁沈阳·模拟预测）《科学》中文版的文章中介绍了一种新技术——航天飞缆，航天飞缆是用柔

性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统。飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖拽力，它还

能清理“太空垃圾”等。如图所示为飞缆系统的简化模型示意图，图中两个物体P、Q的质量分别为mP、mQ，

柔性金属缆索长为L（LR），外有绝缘层，系统在近地轨道做圆周运动，运动过程中Q距地面高为h，设

缆索总保持指向地心，Q更靠近地表，P的速度为vP，所在处的地磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。

已知地球半径为R，地面的重力加速度g。（）

A．缆索P端电势高于Q端

B．vPvQ

C．若此时飞缆系统在赤道平面上，为了更好地清理垃圾，缆索的绕行方向应与地球自转方向相反

D．若想清理更低轨道上的“太空垃圾”，飞缆系统机械能需要增大

6．（2025·辽宁鞍山·三模）中国空间站和嫦娥六号分别围绕地球和月球做圆周运动，中国空间站的轨道半径

为嫦娥六号轨道半径的n倍，中国空间站的运动周期为嫦娥六号运动周期的k倍，根据上述数据可得地球

质量与月球质量之比为（）

nkn3n2

A．B．C．D．

knk2k3

7．（2025·辽宁·三模）"嫦娥"探月、"天问"落火……近年来，中国航天事业加速推进，向着月球、火星等星

球不断进发，巡天探宇叩问苍穹的脚步未曾停歇。已知月球与火星的质量之比为q，如图所示，若"嫦娥六

号"和"天问一号"某段时间可认为分别绕月球和火星做匀速圆周运动，线速度大小之比为p，则"嫦娥六号"

和"天问一号"周期的比值为（）

qq

A．B．

pp

qq

C．D．

p2p3

8．（2025·辽宁沈阳·二模）2024年8月22日，中星4A卫星顺利进入预定轨道，如图所示为质量为m0的中

星4A卫星发射变轨过程的简化示意图，其中轨道Ⅰ为近地圆形轨道，轨道Ⅲ为距离地面高度为6R的圆形轨

道，轨道Ⅱ为椭圆轨道，轨道Ⅱ与轨道Ⅰ和轨道Ⅲ分别相切于P点和Q点。已知地球半径为R，地球表面的重

力加速度为g，忽略地球自转的影响。若取无穷远处引力势能为零，质量为m的物体在距离地球球心为r

GMm

时的引力势能E（M为地球的质量），下列说法正确的是（）

pr

A．中星4A卫星在轨道Ⅱ上经过P点的速度大于经过Q点的速度

mgR

B．中星4A卫星在轨道Ⅲ上的动能为0

14

3mgR

C．中星4A卫星从轨道Ⅰ运动到轨道Ⅲ机械能增加了0

7

4

D．中星4A卫星在轨道Ⅱ上运行的周期是在轨道Ⅲ上运行的周期的()3

7

9．（2025·辽宁丹东·二模）2024年9月25日，中国火箭军向太平洋公海海域发射一枚东风31AG洲际弹道

导弹，射程达12000公里，速度达25马赫以上（1马赫相当于声速），展示了中国不断提升的国防科技实力。

若导弹的发射过程简化成先加速上升，然后调整姿态，出了大气层后绕地球做匀速圆周运动，再调整姿态，

先加速下降，返回大气层时受阻力作用减速，以下说法正确的是（）

A．调整姿态后的加速下降阶段导弹处于超重状态

B．加速上升阶段导弹处于超重状态

C．匀速圆周运动阶段导弹处于完全失重状态

D．返回大气层时的减速阶段导弹处于失重状态

10．（2025·辽宁·三模）一颗侦察卫星所在轨道平面与赤道平面重合，通过无线电传输方式与位于赤道上的

地面接收站之间传送信息，已知人造地球卫星的最小运行周期为T，地球半径为R，地球自转周期为T0，该

侦察卫星在距离地面R高度处沿圆形轨道运行，运行方向与地球自转方向相同，引力常量为G，下列说法

正确的是（）

3

A．可以估测出地球的密度为

GT2

B．该侦察卫星的周期约为2T

C．该侦察卫星的运行速度大于第一宇宙速度

22TT

D．该侦察卫星连续2次通过接收站正上方的时间间隔为0

T022T

11．（2025·辽宁沈阳·三模）2025年3月4日，《上观新闻》消息，我国2025年将发射神舟二十号、神舟二

十一号载人飞船和一艘货运飞船，执行二次载人飞行任务的航天员乘组已经选定，正在开展相关训练。如

果“神舟二十号”飞船升空后先进