32卫星变轨问题精华版ppt.pptx

2、卫星、卫星“变轨变轨”问题问题1、卫星、卫星“比较比较”问题问题专题万有引力定律的应用专题万有引力定律的应用二大四小：半径大周期大，二大四小：半径大周期大，线速度角速度加速度万有引力小线速度角速度加速度万有引力小地球地球 两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，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 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（当卫星在天体表（当卫星在天体表面上飞行？）面上飞行？）（1）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（2）已知中心天体的半径R和表面g只能计算中心天体质量只能计算中心天体质量只能计算中心天体质量只能计算中心天体质量人造地球卫星人造地球卫星所有卫星的轨道圆心都在地心上所有卫星的轨道圆心都在地心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内小外大（在（在A点看轨迹）点看轨迹）在在A点万有引力、加速度点万有引力、加速度相同相同A思考：思考：人造卫星在人造卫星在低轨道上运行低轨道上运行，要想让其在，要想让其在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？在在低轨道上加速低轨道上加速，使其沿，使其沿椭椭圆轨道圆轨道运行，当行至椭圆轨运行，当行至椭圆轨道的道的远点远点处时再次处时再次加速加速，即，即可使其沿可使其沿高轨道运行高轨道运行。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万有引力相同相同，加速度，加速度相同相同速度速度内小外大内小外大（切点看轨迹）（切点看轨迹）2 2、卫星在椭圆轨道运行、卫星在椭圆轨道运行近地点近地点-速度速度大大，加速度，加速度大大远地点远地点-速度速度小小，加速度，加速度小小v vF F引引引引12R卫星在圆轨卫星在圆轨道运行速度道运行速度V1V2900减小减小卫星变轨原理卫星变轨原理v v3 3F F引引引引r卫星变轨原理卫星变轨原理使使使使卫卫卫卫星星星星进进进进入入入入更更更更高高高高轨轨轨轨道道道道做做做做圆圆圆圆周周周周运运运运动动动动v3 3v4 4卫卫星星的的回回收收vv 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【卫星如何变轨】【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。v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2v1v4v3v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4结果结果：v2v1v4v3v2v3 点火加速：点火加速：在椭圆轨在椭圆轨道上运行道上运行:第一次变轨：第一次变轨：第二次变轨：第二次变轨：点火加速：点火加速：在圆轨道上在圆轨道上稳定运行：稳定运行：vv 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【分析思路】【分析思路】定态运行：定态运行：定态运行：定态运行：看公式看公式看公式看公式动态变轨动态变轨动态变轨动态变轨：分析供需分析供需分析供需分析供需圆轨道与椭圆轨道的互变圆轨道与椭圆轨道的互变圆轨道与椭圆轨道的互变圆轨道与椭圆轨道的互变：A AB BA A点点点点：加速加速加速加速 椭圆椭圆椭圆椭圆减速减速减速减速 圆圆圆圆B B点点点点：近地点近地点近地点近地点远地点远地点远地点远地点圆圆圆圆椭圆椭圆椭圆椭圆减速减速减速减速 椭圆椭圆椭圆椭圆加速加速加速加速圆圆圆圆圆圆圆圆椭圆椭圆椭圆椭圆“嫦娥奔月嫦娥奔月”图图对接问题：对接问题：宇宙飞船与空间站的对接宇宙飞船与空间站的对接空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，空间站实际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，空间站那么，地球上的人如何到达空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。与空间站对接的问题。思考：思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？接呢？不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆不行，因为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行，当运行到适当位置道运行，当运行到适当位置时，再时，再加速加速运行到一个椭圆运行到一个椭圆轨道。轨道。通过控制轨道使飞船跟空间通过控制轨道使飞船跟空间站站恰好恰好同时运行到两轨道的同时运行到两轨道的相切点，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。空间站空间站空间站空间站飞船飞船对接方法：对接方法：