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人造卫星的变轨问题物理(人造卫星的变轨问题有哪些)

导语:人造卫星的变轨问题

人造卫星的变轨问题

1.变轨问题概述

(1)稳定运行

卫星绕天体稳定运行时,万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力,即GMm/r²=mv²/r.

(2)变轨运行

当卫星由于某种原因,其速度v突然变化时F引和mv²/r不再相等,会出现以下两种情况:①当F引>mv²/r时,卫星做近心运动;②当F引<mv²/r时,卫星做离心运动.

2.变轨问题的两种常见形式

(1)渐变卫星受大气微弱阻力

若不忽略卫星运动过程中所受的阻力,卫星的轨道半径将发生缓慢的变化,由于半径变化缓慢,卫星每一周的运动仍可以看成是匀速圆周运动.

①关键要点:轨道半径r减小(近心运动)

这种变轨运动的起因是阻力使卫星速度减小,所需要的向心力减小了,而万有引力大小没有变,因此卫星将做近心运动,即轨道半径r将减小.

②各个物理参量的变化:当轨道半径r减小时,卫星线速度v、角速度ω、向心加速度a增大,周期T减小.

(2)突变

由于技术上的需要,有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机,使飞行器轨道发生突变,使其到达预定的轨道.

①实例分析

如图

所示,发射同步卫星时,通常先将卫星发送到近地轨道,使其绕地球做匀速圆周运动,速率为v1,在P点第一次点火加速,在短时间内将速率由v₁增加到v₂,使卫星进入椭圆轨道Ⅱ;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.

②参量分析

卫星在轨道上的变轨点线速度v增大,但向心加速度a不变.

卫星由低轨道运动至高轨道后,线速度v将减小,角速度将减小,周期T将增大,向心加速度a将减小.

卫星在椭圆轨道上由近地点运动至远地点线速度v将减小,加速度a将减小.

例题:“天宫二号”空间实验室在太空中运行时,我国发射过“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接,对接示意图如图

所示.假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间实验室的对接,下列措施可行的是().

A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间实验室实现对接.

B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后空间实验室减速等待飞船实现对接.

C.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速,加速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接.

D.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接.

解析:为了实现飞船与空间实验室的对接,可以使飞船在较低的轨道上加速做离心运动,上升到空间实验室运动的轨道后逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接,选项C正确.

答案C

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