卫星变轨问题-精华版分解.ppt

2、卫卫星星“变轨变轨”问题问题1、卫卫星星“比比较较”问题问题专题专题万有引力定律的万有引力定律的应应用用1.2.3.地球地球 两两颗颗人造地球人造地球卫卫星，都在星，都在圆圆形形轨轨道上运行，道上运行，它它们们的的质质量相等，量相等，轨轨道半径不同道半径不同,比比较较它它们们的向心的向心加速度加速度an、线线速度速度v v、角速度、角速度、周期、周期T。4.计计算中心天体的算中心天体的质质量量M M、密度、密度（当（当卫星在天体表星在天体表面上面上飞行？）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g5.6.人造地球人造地球人造地球人造地球卫卫卫卫星：星：星：星：两极的物体：两极的物体：两极的物体：两极的物体：赤道上的物体：赤道上的物体：赤道上的物体：赤道上的物体：近地近地近地近地卫卫卫卫星：星：星：星：地球表面的物体地球表面的物体地球表面的物体地球表面的物体（与地球具有相同的（与地球具有相同的（与地球具有相同的（与地球具有相同的0 0 0 0）即：即：即：即：即：即：即：即：7.人造地球人造地球卫卫星星所有所有卫卫星的星的轨轨道道圆圆心都在地心上心都在地心上按按轨轨道分道分类类:极地极地卫卫星星;赤道赤道卫卫星星;其他其他卫卫星星8.9.10.11.注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星：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相同，即24h24h此处的万有引力与重力之差在赤道上与地球保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倍与地球自周期相同，即24h此处的万有引力轨道面与赤道面重合，在赤道上空，与地面保持相对静止12.卫卫星星变轨问题变轨问题13.卫卫星星变轨问题变轨问题14.15.VF引F引引F向向F引引F向向卫卫星星变轨变轨原理原理MmA点速度点速度内小外大内小外大（在（在A点看点看轨轨迹）迹）在在A点万有引力点万有引力相同相同A16.思考：思考：人造人造卫卫星在星在低低轨轨道上运行道上运行，要想，要想让让其在其在高高轨轨道上运行道上运行，应应采取什么措施？采取什么措施？在在低低轨轨道上加速道上加速，使其沿，使其沿椭椭圆轨圆轨道道运行，当行至运行，当行至椭圆轨椭圆轨道的道的远远点点处时处时再次再次加速加速，即，即可使其沿可使其沿高高轨轨道运行道运行。卫卫星星变轨变轨原理原理1 1、卫卫星在二星在二轨轨道相切点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（切点看轨轨迹）迹）2 2、卫卫星在星在椭圆轨椭圆轨道运行道运行近地点近地点-速度速度大大，加速度，加速度大大远远地点地点-速度速度小小，加速度，加速度小小17.v vF F引引引引12R卫卫星在星在圆轨圆轨道运行速度道运行速度V1V2900减小减小卫卫星星变轨变轨原理原理18.v v3 3F F引引引引r卫卫星星变轨变轨原理原理20.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 421.卫卫星星的的回回收收22.23.vv 卫卫卫卫星星星星变轨变轨变轨变轨 【卫卫星如何星如何变轨变轨】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。v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2v1v4v324.v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4结结果果：v2v1v4v3v2v3 点火加速：点火加速：在在椭圆轨椭圆轨道上运行道上运行:第一次第一次变轨变轨：第二次第二次变轨变轨：点火加速：点火加速：在在圆轨圆轨道上道上稳稳定运行：定运行：25.vv 卫卫卫卫星星星星变轨变轨变轨变轨 【分析思路】【分析思路】定定定定态态态态运行：运行：运行：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圆轨圆轨圆轨道与道与道与道与椭圆轨椭圆轨椭圆轨椭圆轨道的互道的互道的互道的互变变变变：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远远远地点地点地点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26.1 1、如、如图图所示，所示，发发射同步射同步卫卫星星时时，先将，先将卫卫星星发发射至射至近地近地圆轨圆轨道道1 1，然后，然后经经点火使其沿点火使其沿椭圆轨椭圆轨道道2 2运行；最后再次运行；最后再次点火将其送入同步点火将其送入同步圆轨圆轨道道3 3。轨轨道道1 1、2 2相切于相切于P P点，点，2 2、3 3相切于相切于Q Q点。当点。当卫卫星分星分别别在在1 1、2 2、3 3上正常运行上正常运行时时，以下，以下说说法正确的是（法正确的是（）A A、在、在轨轨道道3 3上的速率大上的速率大 于于1 1上的速率上的速率 B B、在、在轨轨道道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、在轨轨道道2 2上上经过经过Q Q点点时时 的速率等于在的速率等于在轨轨道道3 3上上经过经过Q Q点点时时的速率的速率 D D、在、在轨轨道道1 1上上经过经过P P点点时时的加速度等于在的加速度等于在轨轨道道2 2上上 经过经过P P点点时时的加速度的加速度 QQP P231BD27.vv 卫卫卫卫星星星星变轨变轨变轨变轨 【例【例题题】如图所示，宇宙飞船B在低轨道飞行，为了给更高轨道的空间站A输送物资，它可以采用喷气的方法改变速度，从而达到改变轨道的目的，以下说法正确的是()A、它应沿运行方向方向喷气，与A对接后周期变小B、它应沿运行速度反方向喷气，与A对接后周期变大C、它应沿运行方向方向喷气，与A对接后周期变大D、它应沿运行速度反方向喷气，与A对接后周期变小28.vv 卫卫卫卫星星星星变轨变轨变轨变轨 【练习练习】宇宙飞船空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的办法是（）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29.【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运行，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相切于P点，如图所示。则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：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123pQ30.vv 卫卫卫卫星星星星变轨变轨变轨变轨 【练习练习】如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：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卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变小地球地球acb31.2 2、如、如图图是是发发射地球同步射地球同步卫卫星的星的简简化化轨轨道示意道示意图图，先将，先将卫卫星星发发射至距地面高度射至距地面高度为为h h1 1的的近地近地轨轨道道上在上在卫卫星星经过经过A A点点时时点火点火实实施施变轨变轨，进进入入远远地点地点为为B B的的椭圆轨椭圆轨道道上，最后在上，最后在B B点再次点火，将点再次点火，将卫卫星送入星送入同步同步轨轨道道.已知地球表面重力加速度已知地球表面重力加速度为为g g，地球自，地球自转转周期周期为为T T，地，地球的半径球的半径为为R R求：求：（1 1）近地）近地轨轨道道上的速度大小；上的速度大小；（2 2）远远地点地点B B距地面的高度。距地面的高度。32.解：解：33.“嫦娥奔月嫦娥奔月”图图34.理性探究理性探究 发发射、射、变轨变轨、运、运行行35.2.2007 2.2007年年1010月月2424日日“嫦娥一号嫦娥一号”卫卫星星箭分离，星星箭分离，卫卫星星进进入入绕绕地地轨轨道。在道。在绕绕地运行地运行时时，要，要经过经过三次近地三次近地变轨变轨：1212小小时椭圆轨时椭圆轨道道2424小小时椭圆轨时椭圆轨道道4848小小时椭圆轨时椭圆轨道道修正修正轨轨道道地月地月转转移移轨轨道道。1111月月5 5日日1111时时，当，当卫卫星星经过经过距月球表面高度距月球表面高度为为h h的的A A点点时时，再，再经经三次三次变轨变轨：1212小小时椭圆轨时椭圆轨道道3.53.5小小时椭圆时椭圆轨轨道道最后最后进进入周期入周期为为T T的极月的极月圆轨圆轨道道 ，如，如图图所示（所示（）A.“A.“嫦娥一号嫦娥一号”由由到到需加速、由需加速、由到到需减速需减速 B.B.发发射射“嫦娥一号嫦娥一号”的速度必的速度必须须达到第三宇宙速度达到第三宇宙速度 C.C.在在绕绕月月圆轨圆轨道上道上,卫卫星周期与星周期与卫卫星星质质量有关量有关 D.D.卫卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比 E.E.在在绕绕月月圆轨圆轨道上道上,卫卫星受地球的引力大于受月球的引力星受地球的引力大于受月球的引力近近地地变变轨轨轨轨道修正道修正转转移移轨轨道道发发射射D36.3.2007 3.2007年年1010月月2424日，日，“嫦娥一号嫦娥一号”卫卫星星箭分离，星星箭分离，卫卫星星进进入入绕绕地地轨轨道。在道。在绕绕地运行地运行时时，要，要经过经过三次近地三次近地变轨变轨：1212小小时椭圆轨时椭圆轨道道2424小小时椭圆轨时椭圆轨道道4848小小时椭圆轨时椭圆轨道道修正修正轨轨道道地月地月转转移移轨轨道道。1111月月5 5日日1111时时，当，当卫卫星星经过经过距月球表面高度距月球表面高度为为h h的的A A点点时时，再，再经经三次三次变轨变轨：1212小小时椭圆轨时椭圆轨道道3.53.5小小时椭圆时椭圆轨轨道道最后最后进进入周期入周期为为T T的极月的极月圆轨圆轨道道 ，如，如图图所示。所示。若月球半径若月球半径为为R R，试试写出月球表面重力加速度的表达式。写出月球表面重力加速度的表达式。近近地地变变轨轨轨轨道修正道修正转转移移轨轨道道发发射射37.对对接接问题问题：宇宙宇宙飞飞船与空船与空间间站的站的对对接接空空间间站站实际实际上就是一个上就是一个载载有人的人造有人的人造卫卫星，星，那么，地球上的人如何到达空那么，地球上的人如何到达空间间站，空站，空间间站站上的人又如何返回地面？上的人又如何返回地面？这这些活些活动动都需要通都需要通过过宇宙宇宙飞飞船来完成，船来完成，这这就存在一个宇宙就存在一个宇宙飞飞船船与空与空间间站站对对接的接的问题问题。思考：思考：能否把宇宙能否把宇宙飞飞船先船先发发射到空射到空间间站的同站的同一一轨轨道上，再通道上，再通过过加速去追上空加速去追上空间间站站实现对实现对接呢？接呢？不行，因不行，因为飞为飞船加速后做离心运船加速后做离心运动动会偏离原来的会偏离原来的圆圆轨轨道而无法与空道而无法与空间间站站对对接。接。38.飞飞船首先在比空船首先在比空间间站低的站低的轨轨道运行，当运行到适当位置道运行，当运行到适当位置时时，再，再加速加速运行到一个运行到一个椭圆椭圆轨轨道。道。通通过过控制控制轨轨道使道使飞飞船跟空船跟空间间站站恰好恰好同同时时运行到两运行到两轨轨道的道的相切点，此相切点，此时飞时飞船适当减速，船适当减速，便可便可实现对实现对接，如接，如图图示。示。空空空空间间间间站站站站飞飞船船对对接方法：接方法：39.例：在太空中有两例：在太空中有两飞飞行器行器a a、b b，它，它们们在在绕绕地地球的同一球的同一圆圆形形轨轨道上同向运行，道上同向运行，a a在前在前b b在后，在后，它都配有能沿运它都配有能沿运动动方向向前或向后方向向前或向后喷喷气的气的发动发动机，机，现现要想要想b b 尽快追上尽快追上a a 并完成并完成对对接，接，b b应应采采取的措施是（取的措施是（）A A、沿运、沿运动动方向方向喷喷气气 B B、先沿运、先沿运动动方向方向喷喷气，后沿运气，后沿运动动反方向反方向喷喷气气C C、沿运、沿运动动反方向反方向喷喷气气 D D、先沿运、先沿运动动反方向反方向喷喷气，后沿运气，后沿运动动方向方向喷喷气气B40.作作业业：41.