2021年人造卫星基本原理

人造卫星的基本原理

欧阳光明（2021.03.07）

参考、摘录自——王冈曹振国《人造卫星原理》

一、关于椭圆轨道

在地球引力的作用下，要使物体环绕地球作圆周运动，那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等，则它将作圆周运动。若其所需向心力大于地球引力，这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度（作圆周运动时的速度）大得越多，椭圆轨道就越“扁长”，直到达到第二宇宙速度，物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。

因为发射卫星和飞船时，入轨点的速度控制不可能绝对精确，速度大小的微小偏离，和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差，都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形，椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。

a——椭圆的半长轴b——椭圆的半短轴>11.2km/s-抛物线

双曲线

c

e ——偏心率 a c

e =

P e ——近地点 A p ——远地点

P ——半通径)1(22

e a a b P -==Y w

f ——真近点角，近地点和远地点之间连线与卫星向径之间的夹角

E ——偏近点角

只要知道了卫星运行的椭圆轨道的几个主要参数：a ，e 等，卫星在椭圆轨道上任一点（r ）处的速度就可以计算出来：

)12(a r v -=μ 其中2μ=GM （地心万有引力常数）

椭圆轨道上任一点处的向径r 为：)cos 1(E e a r -=

近地点向径：)1(e a r p -=

远地点向径：)1(e a r A +=

所以，近地点r 最小，卫星速度最大e e a v -+?=112μ

远地点r 最大，卫星速度最小e e

a v +-?

=112μ 卫星或飞船入轨点处的速度，通常就是近地点的速度，这个速度一般要比当地的环绕速度要大；而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。

A

圆形轨道可以看成椭圆轨道的特殊情况。即a=b=r ，所以 又因为r g r 2

μ=，所以：2

1

0)(r R R g r g v r ?=?= 这就是运行轨道的环绕速度公式。

三、人造卫星的轨道参数（轨道根数）

对于人造地球卫星轨道的形状、大小、在空间的方位以及卫星在特定时刻所处的位置，人们通常用一些特殊的量来描述，这些“量”被称为“轨道参数”，最常用的是经典轨道常数，即开普勒轨道常数，用来描述在空间中的卫星的轨道。可以用这些常数递推出卫星在过去或将来的位置。有以下六个：

1．轨道倾角 i ——赤道平面与卫星轨道平面间的夹角

2．升交点赤经Ω——从春分点（以地球为中心观察:太阳从南半球王北半球运动时，跟地球赤道平面相交的点）到卫星升交点（卫星由南半球往北半球穿过赤道平面的那一点，反之为降交点）的经度。

3．近地点幅角ω——地心与升交点连线 和 地心与近地点连线 间的夹角

4．椭圆半长轴a

5．椭圆偏心率e

6．卫星通过近地点的时刻t

前5个参数实际描述了3个问题：轨道平面在空间中的方位；椭圆轨道在轨道平面中的取向（长轴指向）；椭圆轨道的形状和大小。

四、人造卫星的周期

由开普勒第三定律可知：运行周期的长短与半长轴有关，与半短轴无关 即：GM a T 2

2

2π= 大致可以这样说：

距地面高度180~500km 运行周期约90分钟

距地面高度1 万 km 运行周期约6小时

距地面高度3.6万 km 运行周期约24小时

运行周期为24小时的卫星叫“同步卫星”

相对地面静止（运转方向和地球自转方向相同，轨道在赤道上空）的同步卫星叫“地球同步卫星”

五、人造卫星的寿命

在地球的外层空间，即使气体分子极其稀少，仍然会对卫星的运行形成阻力，使它不断降低运行高度，以至最终进入稠密大气层销毁。所以，简单的说，轨道越高，真空度越高，卫星的运行寿命也就越长。（有效寿命——工作时间还受星上设备元件等影响，所以，卫星真正实用的时间多这几年，少者只有几天甚至更少）

六、人造卫星的常用轨道

1．圆轨道（用于把人造天体作为空间观测站、基准点和中继站的场合——侦查、气象、地球资源勘测、测地、导航、通信等）

要把人造卫星发射到圆轨道，必须同时满足两个条件

（1） 速度正好等于入轨点处的当地环绕速度

（2） 速度方向同入轨点处的地平线平行

如果，入轨点的速度大于该点环绕速度，卫星将进入椭圆轨道，入轨点成为近地点；

100km，进入大气层，就会导致发射失败。

入轨点

下，无论速度方向片上还是偏下，近地点都将低于入轨点，方向偏得越多，低得就越多，导致发射失败的危险就越大。

2

入轨点的高度取近地点高度，也就是人造卫星在近地点入轨发射比较方便。

根据轨道的近地点和远地点的要求计算入轨速度。

3．地球同步轨道（零倾角，高度为35 800km，最适合地面远距离通话、电视转播等通信卫星和导弹预警卫星）

地球同步卫星的发射比一般圆轨道和椭圆轨道要复杂，其发射过程可分为三步。

（1）运载火箭将卫星送入初始轨道（地高度，轨道平面和赤道面有倾角，一般在200km左右），

（2） 当卫星经过赤道时，运载火箭再次工作，使其加速，进

入一个远地点为35800km 的椭圆轨道——转移轨道（非

常扁，与赤道平面有倾角），并与火箭分离

（3） 当卫星正好穿过赤道平面时，由卫星上的远地点发动机

调整卫星的速度，再次加速并同时调整方向（由于发动

机推力所增加的速度与卫星原有速度合成），使速度正

好等于地球同步卫星所需环绕速度，就可以使卫星进入

地球同步轨道了

4．极地轨道（优点是覆盖全球，侦查、导航、气象、测地、地球资源勘测等应用大倾角的轨道和极地轨道）

七、失重的环境

长期的星际航行，必须在运周飞船上创造人工重力。例如，把飞船做成环形，让它绕中心旋转，在环的外壁上的人和物受到的力就相当于人工重力。

如果假定每分钟转N 次，环的直径为D ，这时，环外壁处的线速度为?=60N

D v π 向心加速度为：222)602(2)60(2N D ND D R v a ππ===（若D =60m ，N =6即

可和地面上相似）

八、人造卫星的发射

这种发射方式是不现实的：沿水平方向发射，一下子给卫星一个第一宇宙速度。原因有三：空气阻力太大，火箭会在严酷的气动力加热条件下被烧为灰烬；不可能有这样的运输工具；目前，第一

宇宙速度还不能在瞬息之间得到。

实际的发射，同时要考虑克服重力和大气阻力减少能量损失等问题。为了利用地球的自转，节省能量，航天发射一般都顺地球自转的方向向东发射。并且，发射时先让运输工具沿垂直方向慢慢上升一段，到一定的高度——空气比较稀薄了，在逐渐拐弯，在增加高度的同时，不断增加速度，奔向所需要的轨道。

2018_2019学年高中物理第三章万有引力定律及其应用微型专题4卫星变轨问题和双星问题学案粤教版必

微型专题4 卫星变轨问题和双 星问题 知识目标核心素养 1.会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨 的原因和变轨前后卫星速度的变化. 2.掌握双星运动的特点，会分析求解双星 运动的周期和角速度. 1.掌握卫星变轨的实质及蕴含的思想方法. 2.掌握“双星”的特点，建立“双星”问题 模型. 一、人造卫星的发射、变轨与对接 1．发射问题 要发射人造卫星，动力装置在地面处要给卫星一很大的发射初速度，且发射速度v＞v1＝7.9 km/s，人造卫星做离开地球的运动；当人造卫星进入预定轨道区域后，再调整速度，使F引＝F向，即G Mm r2 ＝m v2 r ，从而使卫星进入预定轨道． 2．卫星的变轨问题 卫星变轨时，先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r发生变化． (1)当卫星减速时，卫星所需的向心力F向＝m v2 r 减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做

近心运动，向低轨道变迁． (2)当卫星加速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2 r 增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力， 卫星将做离心运动，向高轨道变迁． 以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据． 3．飞船对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图1甲所示，低轨道飞船通过合理地加速，沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接． 图1 (2)同一轨道飞船与空间站对接 如图乙所示，后面的飞船先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度． 例1 如图2所示为卫星发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是( ) 图2 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上的周期大于在轨道2上的周期 C ．卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率 D ．卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度 答案 B 解析 卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时有： G Mm r 2＝m v 2 r ，v ＝GM r 因为r 1＜r 3，所以v 1＞v 3，A 项错误． 由开普勒第三定律知T 3>T 2，B 项正确． 在Q 点从轨道1到轨道2需要做离心运动，故需要加速． 所以在Q 点v 2Q >v 1Q ，C 项错误．

我国人造卫星的种类、发射时间、用途和意义

我国人造卫星的种类 环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器。简称人造地球卫星。人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快的航天器。1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造卫星。之后，美国、法国、日本也相继发射了人造卫星。中国于1970年4月24日发射了东方红1号人造卫星，到1992年底中国共发射33颗不同类型的人造卫星。 在人类发射的数千颗人造卫星中，90%以上是直接为国民经济和军事服务的卫星，称为应用卫星。此外，还有科学卫星和技术试验卫星。应用卫星按其用途可分为空间物理探测卫星、通信卫星、天文卫星、气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星等。 人造卫星一般由专用系统和保障系统组成。专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统，也称为有效载荷。应用卫星的专用系统按卫星的各种用途包括：通信转发器，遥感器，导航设备等。科学卫星的专用系统则是各种空间物理探测、天文探测等仪器。技术试验卫星的专用系统则是各种新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料的试验设备。保障系统是指保障卫星和专用系统在空间正常工作的系统，也称为服务系统。主要有结构系统、电源系统、热控制系统、姿态控制和轨道控制系统、无线电测控系统等。对于返回卫星，则还有返回着陆系统。 人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求，区分为低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道，大椭圆轨道和极轨道。人造卫星绕地球飞行的速度快，低轨道和中高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈，不受领土、领空和地理条件限制，视野广阔。能迅速与地面进行信息交换、包括地面信息的转发，也可获取地球的大量遥感信息，一张地球资源卫星图片所遥感的面积可达几万平方千米。 在卫星轨道高度达到35800千米，并沿地球赤道上空与地球自转同一方向飞行时，卫星绕地球旋转周期与地球自转周期完全相同，相对位置保持不变。此卫星在地球上看来是静止地挂在高空，称为地球静止轨道卫星，简称静止卫星，这种卫星可实现卫星与地面站之间的不间断的信息交换，并大大简化地面

人造卫星专题练习有答案

人造卫星专题练习 1．有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近的近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，则有( ) A．a的向心加速度等于重力加速度g B．b在相同时间内转过的弧长最长 C．c在4小时内转过的圆心角是π/6 D．d的运动周期有可能是20小时 2．据报道，我国自主研制的“嫦娥二号”卫星在奔月的旅途中，先后完成了一系列高难度的技术动作，在其环月飞行的高度距离月球表面100 km时开始全面工作。国际上还没有分辨率优于10米的全月球立体图像，而“嫦娥二号”立体相机具有的这种高精度拍摄能力，有助于人们对月球表面了解得更清楚，所探测到的有关月球的数据比环月飞行高度约为200 km的“嫦娥一号”更加翔实。若两颗卫星环月运行均可视为匀速圆周运动，运行轨道如图所示，则( ) A．“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更长 B．“嫦娥二号”环月运行的速度比“嫦娥一号”更大 C．“嫦娥二号”环月运行时向心加速度比“嫦娥一号”更大 D．“嫦娥二号”环月运行时角速度比“嫦娥一号”更小 3．一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周 运动，动能减小为原来的1 4 ，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的( ) A．向心加速度大小之比为4∶1 B．角速度大小之比为2∶1 C．周期之比为1∶8 D．轨道半径之比为1∶2 4 . 2011年8月，“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图2所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的( ) A．线速度大于地球的线速度 B．向心加速度大于地球的向心加速度C．向心力仅由太阳的引力提供 D．向心力仅由地球的引力提供 5．如图所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的( )

各种各样的人造卫星

各种各样的人造卫星 人造地球卫星有它独具的优越条件。它本身无需动力就可以在大气外层空间长时间运行，能在几百公里到几万公里高度的大范围内活动，飞越地球上的绝大部分地区，甚至全球飞行，执行航天任务。这是大气层内任何飞行器都无法比拟的。自从第一颗人造地球卫星问世后，世界各国都把 发展航天事业放在重要地位。迄今，有20多个国家先后共发射了4000多颗人造地球卫星。 各种应用卫星不仅成了人类的政治活动、生产劳动、科学研究、文化娱乐所不可缺少的设备，而且现在它已进入到能大量创造财富的实用阶段。如美国制造一颗气象卫星成本只有几千万美元，而每年可收益10～20亿美元；用2.5亿美元设置3颗资源卫星，每年可收益14亿美元。还有各种军事卫星，在军事活动中也取得非常明显的效果。 一、通信卫星 现在，人们从电视屏幕上看到世界各地生动的场景和激动人心的体育比赛场面，已习以为常。确实，这是通信卫星的功劳才让观众大饱眼福，给千家万户带来了欢乐。 现代无线电通信有长波、中波、短波、超短波、微波等几种波段。其中超短波（波长10～1米）和微波（波长1米以下）传输的信息量大，稳定可靠，适合于远距离通信，但是只能在“视距”范围内直线传播。发射站OH架设的天线越高，传播的范围越远，但超过OA的距离处就无法收到，需要一个转播站O′H′来转播。如果把转播站放到卫星上去，则传播距离就大得多。通信卫星上装有天线、转发器等无线电传输设备。地面发射站发出的微波信号，通过通信卫星接收、放大后，再远距离发回地面。

但是卫星不停地绕地面运行，只有地面上看到卫星时才能接收信号，因此，对某一地点来说就不能随时都能通信。这就要求通信卫星相对于地球是静止的，才能稳定通信。如果把卫星发射到离地面35800公里高度，那么它绕地球运行一周，正好等于地球的一天，与地球自转的速度同步，卫星相对于地球就是静止的。这个轨道就是同步轨道。一颗通信卫星在这个高度上可以覆盖地球表面积的三分之一。因此，在赤道上空等距安排三颗同步通信卫星，就可以实现全球通信，成一组国际通信卫星，当然还需要配备专门的地面接收和发射站。下图即为我国的WD-6六米卫星通信地面站。 同时，通信卫星要对地面站接收和发射信号，就要控制卫星的姿态， 使无线始终对着地球。最新的V号国际通信卫星有12000条电话线路，

新视野大学英语第三版第一册课后练习中译英

U1 孔子是中国历史上着名的思想家、教育家，是儒家学派（Confucianism）的创始人，被尊称为古代的"圣人"（sage）。他的言论和生平活动记录在《论语》（The Analects）一书中。《论语》是中国古代文化的经典着作，对后来历代的思想家、文学家、政治家产生了很大影响。不研究《论语》，就不能真正把握中国几千年的传统文化。孔子的很多思想，尤其是其教育思想，对中国社会产生了深远的影响。在21世纪的今天，孔子的学说不仅受到中国人的重视，而且也越来越受到整个国际社会的重视。 Confucius was a great thinker and educator in Chinese history. He was the founder of Confucianism and was respectfully referred to as an ancient "sage". His words and life story were recorded in The Analects. An enduring classic of ancient Chinese culture,The Analects has had a great influence on the thinkers, writers, and statesmen that came after Confucius. Without studying this book, one could hardly truly understand the thousands-of-years' traditional Chinese culture. Much of Confucius' thought, especially his thought on education, has had a profound influence on Chinese society. In the 21st century, Confucian thought not only retains the attention of the Chinese, but it also wins an increasing attention from the international community. U2 每年农历（Chinese lunar calendar）八月十五是我国的传统节日——中秋节（the Mid-Autumn Festival）。这时是一年秋季的中期，所以被称为中秋。中秋节的一项重要活动是赏月。夜晚，人们赏明月、吃月饼，共庆中秋佳节。中秋节也是家庭团圆的时刻，远在他乡的游子，会借此寄托自己对故乡和亲人的思念之情。中秋节的习俗很多，都寄托着人们对美好生活的热爱和向往。自2008年起，中秋节成为中国的法定节假日。 According to the Chinese lunar calendar, August 15 of every year is a traditional Chinese festival — the Mid-Autumn Festival. This day is the middle of autumn, so it is called Mid-Autumn. One of the important Mid-Autumn Festival activities is to enjoy the moon. On that night, people gather together to celebrate the Mid-Autumn Festival, looking up at the bright moon and eating moon cakes. The festival is also a time for family reunion. People living far away from home will express their feelings of missing their hometowns and families at this festival. There are many customs to celebrate the festival, all expressing people's love and hope for a happy life. Since 2008, the Mid-Autumn Festival has become an official national holiday in China. U3 中国航天业开创于1956年。几十年来，中国航天事业创造了一个又一个奇迹。1970年，中国成功发射了第一颗人造地球卫星，成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。1992年，中国开始实施载人航天飞行工程（manned spaceflight program）。2003年，中国成功发射了"神舟五号"载人飞船，使中国成为第三个发射载人飞船的国家。2007年发射了"嫦娥一号"，即第一颗绕月球飞行（lunar-orbiting）的人造卫星。2013年，第五艘载人飞船"神舟十号"发射成功，为中国空间站的建设打下了基础。 China's space industry was launched in 1956. Over the past decades, China's space industry has created one miracle after another. In 1970 China launched its first man-made earth satellite, ranking China the fifth country in the world to independently develop and launch man-made earth satellites. In 1992 China began to carry out the manned spaceflight program. In 2003 China launched Shenzhou-5, a manned spaceship. The successful launch made China the third country to launch manned spaceships. In 2007Chang'e-1, the first lunar-orbiting man-made satellite, was sent to space. In 2013Shenzhou-10, the fifth manned spaceship, was launched successfully, laying

高考冲刺专题系列15：人造卫星专题

高考冲刺专题系列15：人造卫星专题 一、同步卫星 1、同步卫星A 的运行速率为1υ，向心加速度为1a ，运转周期为T 1；放置在地球赤道上的物体B 随地球自转的线速度为2υ，向心加速度为2a ，运转周期为T 2；在赤道平面上空做匀速圆周运动的近地卫星C 的速率为3υ，向心加速度为3a ，动转周期为T 3。比较上述各量的大小可得:〔AD 〕 A ．T 1=T 2>T 3 B ．3υ>2υ>1υ C ．1a <2a =3a D ．3a >1a >2a 2、气象卫星是用来拍照云层照片，观测气象资料和测量气象数据的。我国先后自行成功研制和发射了"风云一号"和"风云二号"两颗气象卫星，"风云一号"卫星轨道与赤道平面垂直，通过两极，每12小时巡视一周，称为"极地圆轨道"，"风云二号"气象卫星轨道平面在赤道平面内，称为"地球同步轨道"，那么:〔BD 〕 A.〝风云一号〞比"风云二号"的发射速度大 B.〝风云一号〞比"风云二号"的线速度大 C.〝风云一号〞比"风云二号"的运动周期大 D ．〝风云一号〞比"风云二号" 的向心加速度大 3、1984年4月8日，我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功，16日，卫星成功地定点于东经125度赤道上空。2003年10月15日9时整，〝神舟〞五号载人飞船进入预定轨道，将中国第一名航天员送上太空，飞船绕地球14圈，即飞行21小时后，于16日6时23分在内蒙古阿木古郎草原安全着陆，由以上材料可知:(AB) A ．〝通信卫星〞运行周期较〝神舟〞五号的大 B ．〝通信卫星〞运行轨道半径较〝神舟〞五号的大 C ．〝通信卫星〞运行的线速度较〝神舟〞五号的大 D ．〝神舟〞五号通过赤道上空时，也能够实现定点，与地球自转同步 4、万有引力常量G ，地球半径R ，月球和地球之间的距离r ，同步卫星距地面的高度h ，月球绕地球的运转周期T 1，地球的自转周期T 2，地球表面的重力加速度g 。某同学依照以上条件，提出一种估算地球质量M 的方法： 同步卫星绕地球作圆周运动，由h T m h Mm G 2 22??? ??=π得2324GT h M π= ⑴请判定上面的结果是否正确，并讲明理由。如不正确，请给出正确的解法和结果。 ⑵请依照条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果。 (1)上面结果是错误的，地球的半径R 在运算过程中不能忽略。 正确的解法和结果是：222()()()Mm G m R h R h T π=++ ①

2020高考物理卫星变轨与航天器对接问题(解析版)

2020年高考物理备考微专题精准突破 专题2.8 卫星变轨与航天器对接问题 【专题诠释】 人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论． 1．变轨原理及过程 (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上． (2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ. (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ. 2．物理量的定性分析 (1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.因在A点加速，则v A＞v1，因在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B. (2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同．同理，从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点时加速度也相同． (3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由 开普勒第三定律a3 T2＝k可知T1＜T2＜T3. (4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1＜E2＜E3. 【高考领航】 【2019·江苏高考】1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G。则()

A ．v 1>v 2，v 1＝ GM r B ．v 1>v 2，v 1> GM r C ．v 1 GM r 【答案】 B 【解析】 卫星绕地球运动，由开普勒第二定律知，近地点的速度大于远地点的速度，即v 1>v 2。若卫星以近地点时距地心的距离为半径做圆周运动，则有GMm r 2＝m v 2近 r ，得运行速度v 近＝ GM r ，由于卫星沿椭圆轨道运动，在近地点所需向心力大于万有引力，故m v 2 1r >m v 2近 r ，则v 1>v 近，即v 1> GM r ，B 正确。 【2017·高考全国卷Ⅲ】2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行．与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的( ) A ．周期变大 B ．速率变大 C ．动能变大 D ．向心加速度变大 【答案】C 【解析】组合体比天宫二号质量大，轨道半径R 不变，根据GMm R 2＝m v 2 R ，可得v ＝ GM R ，可知与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的速率不变，B 项错误；又T ＝2πR v ，则周期T 不变，A 项错误；质量变大、 速率不变，动能变大，C 项正确；向心加速度a ＝GM R 2，不变，D 项错误． 【技巧方法】 1．从引力和向心力的关系分析变轨问题 (1)卫星突然加速(通过发动机瞬间喷气实现，喷气时间不计)，则万有引力不足以提供向心力，GMm r 2＜m v ′2 r ， 卫星将做离心运动，变轨到更高的轨道． (2)当卫星突然减速时，卫星所需向心力减小，万有引力大于向心力，卫星变轨到较低的轨道． 2．变轨问题考查的热点 (1)运动参量的比较：两个轨道切点处，加速度由GMm r 2＝ma 分析，式中“r ”表示卫星到地心的距离，a 大小 相等；由于变轨时发动机要点火工作，故线速度大小不等． (2)能量的比较：在离心运动过程中(发动机已关闭)，卫星克服引力做功，其动能向引力势能转化，机械能保持不变．两个不同的轨道上(圆轨道或椭圆轨道)，轨道越高卫星的机械能越大． 【最新考向解码】

中国卫星系列介绍及应用

中国卫星系列介绍及应用 中国自一九七0年四月二十四日成功研制并发射第一颗人造卫星“东方红一号”至今，已在民用领域初步形成了遥感、通信广播、气象、科学探测与技术实验、地球资源和导航定位等六大卫星系列。 中国卫星研制工作开始于二十世纪五十年代末期，是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后、国家财力有限的条件下发展起来的，目前，各系列卫星已广泛应用于经济、科技、文化和国防等各个方面，取得了显著的社会效益与经济效益。 1.民用领域卫星系列 （1）“东方红”通信广播卫星系列。此系列包括三种不同类型的静止轨道通信卫星，即“东方红二号”、“东方红二号甲”试验通信卫星和“东方红三号”通信广播卫星。中国这一系列至今共发射了十颗卫星，为通信、广播、水利、交通、教育等部门提供了各种服务。其中东方红一号是新中国历史上第一颗人造卫星，具有里程碑式的意义。1970年4月24日，中国成功的发射了自己的第一颗人造卫星，卫星轨道的近地点高度是436KM，远地点高度为2384km，轨道平面与地球赤道的平面夹角为68.5°，绕地球一圈需要114min。卫星质量为173kg，用20.009MHz的频率播放“东方红”乐曲。“东方红一号”卫星升空后，星上各种仪器实际工作的时间远远超过了设计要求，“东方红”乐音装置和短波发射机连续工作了28天，取得了大量工程遥测参数，为后来卫星设计和研制工作提供了宝贵的依据和经验。“东方红一号”的发射成功，为中国航天技术的发展打下了极为坚实的根基，带动了中国航天工业的兴起，使中国的航天技术与世界航天技术前沿保持同步，标志着中国进入了航天时代。 到2000年为止，中国共发射了三代通信卫星。第一代通信卫星是1984年发射的2颗通信卫星和1986年2月1日发射的东方红二号实用型通信广播卫星。第二代通信卫星是1988年3月7日、1988年12月22日、1990年2月4日和1991年11月28日发射的载有4台C波段转发器的东方红二号甲通信卫星。第三代通信卫星是1997年5月12日发射的东方红三号地球静止轨道通信卫星。 现今，中国实验性的发射了“鑫诺”及“亚太”系列通信卫星，成为下一代中国通信卫星主力军。 （2）“风云”气象卫星系列。该系列包括“风云一号”太阳同步轨道气象卫星和“风云二号”地球静止轨道气象卫星两类，太阳同步轨道气象卫星又称极轨气象卫星。“风云一号”、“风云二号”此前已分别发射了三颗和两颗卫星，在中国天气预报和气象研究方面发挥了重要作用。风云一号和风云二号分别进行过4次和3次发射，在中国天气预报和气象研究方面发挥了重要作用。 1988年9月7日，中国第一颗气象卫星风云一号由长征四号火箭发射升空。 中国在1997年6月10日发射第一颗地球静止轨道气象卫星风云二号甲，并于1997年12月1日正式交付用户使用。2000年6月25日又发射了风云二号乙。2004年10月19日又发射了一颗风云二号气象卫星。 （3）“实践”科学探测与技术试验卫星系列。这一系列形成时间较长，包括六颗卫星，分别是：一九七一年三月发射的“实践一号”；一九八一年九月用一枚运载火箭同时发射的“实践二号”、“实践二号甲”、“实践二号乙”；一九九四年二月发射的“实践四号”；一九九九年五月发射的“实践五号”。

(完整版)人造卫星选择专题练习有答案

e p q 人造卫星选择题专题练习 1．如图，地球赤道上山丘e ，近地资源卫星p 和同步通信卫星q 均在 赤道平面上绕地球做匀速圆周运动。设e 、p 、q 的圆周运动速率分别 为v 1、v 2、v 3，向心加速度分别为a 1、a 2、a 3，则 A ．v 1>v 2>v 3 B ．v 1a 2>a 3 D ．a 1

人教版高中物理必修二人造卫星变轨问题专题

人造卫星变轨问题专题 一、人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r 确定后，与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GM r T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。如果卫星的质量也确定，那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k （由线速度大小决定）、重力势能E p （由卫星高度决定）和总机械能E 机（由能量转换情况决定）也是确定的。一旦卫星发生变轨，即轨道半径r 发生变化，上述物理量都将随之变化。同理，只要上述七个物理量之一发生变化，另外六个也必将随之变化。 在高中物理中，会涉及到人造卫星的两种变轨问题。 二、渐变 由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。 解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。 如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道多高，都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型火箭，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的速度），卫星就会自动变轨，偏离原来的圆周轨道，从而引起各个物理量的变化。 由于这种变轨的起因是阻力，阻力对卫星做负功，使卫星速度减小，所需要的向心力r m v 2 减小了，而万有引力大小2 r GMm 没有变，因此卫星将做向心运动，即半径r 将减小。 由㈠中结论可知：卫星线速度v 将增大，周期T 将减小，向心加速度a 将增大，动能E k 将增大，势能E p 将减小，该过程有部分机械能转化为内能（摩擦生热），因此卫星机械能E 机将减小。 为什么卫星克服阻力做功，动能反而增加了呢？这是因为一旦轨道半径减小，在卫星克服阻力做功的同时，万有引力（即重力）将对卫星做正功。而且万有引力做的正功远大于克服大气阻力做的功，外力对卫星做的总功是正的，因此卫星动能增加。 根据E 机=E k +E p ，该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。 再如：有一种宇宙学的理论认为在漫长的宇宙演化过程中，引力常量G 是逐渐减小的。如果这个结论正确，那么恒星、行星将发生离心现象，即恒星到星系中心的距离、行星到恒星间的距离都将逐渐增大，宇宙将膨胀。 三、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，使其到达预定的目标。 如：发射同步卫星时，通常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v 1，第一次在P 点点火加速，在短时间 内将速率由v 1增加到v 2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；卫星运行 到远地点Q 时的速率为v 3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将 速率由v 3增加到v 4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。 v 2 v 3 v 4 v 1 Q P Ⅰ Ⅲ Ⅱ

东方红1号——我国第一课人造地球卫星发射

东方红1号——我国第一课人造地球 卫星发射 东方红1号——我国第一课人造地球卫星发射纪实)(之六,作者:李鸣生) (2011-04-30 14:17:24) 2011年04月30日 东方红1 号 ——我国第一颗人造地球卫星发射纪实 李鸣生 第二十一章访苏代表团跨出国门 从北京飞往莫斯科的图—104 国际航班客运机起飞时，是早上。秋色正浓，暑气已消，有风，有云，还有偶尔划过天空的几声鸽哨。但就是没有雨， 没有太阳。飞机越升越高，离国土越来越远。气温开始由热变冷，空间豁然开 阔起来。 50 年代的莫斯科，是全世界无产者向往的麦加，更是中国膜拜的圣地。克里姆林宫这颗闪闪的“红星”，犹如一轮鲜活的太阳，无时不向世界辐射出诱人的光芒。莫斯科是世界革命的“大家庭”，作为这个“大家庭”中的“小弟弟”——中国，自然应该向“老大哥”学习。于是，历史选择了1958 年10 月16日。这天，中国专家赵九章、卫一清、杨嘉墀、钱骥和翻译杨树 智一行5 人，专程飞往莫斯科，向“老大哥”学习怎样放卫星。 行前，因担心“老大哥”不给面子，会留上一手，聪明的“小弟弟”便选用了一个再中肯不过的名义——中国科学院高空大气物理访苏代表团。代表团团长便是赵九章。 此刻，坐在机舱右排窗前的赵九章，显得温和而又沉稳。他就那么 随便往座位上一坐，既没言语，也无动作，大学者的风度便一目了然。想去苏 联取经学习放卫星，已是三个月前的事了，今天终于如愿以偿，他胸中不免鼓 荡着一种天马行空似的快感。可在这快感的背后，一种使命的重负，又悄悄压 迫着他的心。

“581”卫星组成立快两个月了，虽然在“破除迷信，解放思想”这 一跃进口号的鼓动下，各处都满腔热情，干劲冲天，纷纷开始放卫星，并且在短短的时间里，便拿出了总体方案的设计以及卫星、火箭和构造模型。但是，到底怎么放卫星和放什么样的卫星等一系列问题并未仔细考虑和来不及考虑， 大跃进的形势也不允许去做更周到更仔细的考虑，而只能凭着一种热情，一种 忠诚，一种新奇和神秘，关起门来搞设计。因此，为了探索一条发展中国人造卫星和运载火箭研制的道路，为了学习和了解苏联的先进科学技术和成功的经验，同时也企望得到苏联“老大哥”的帮助和支持，根据中苏科学技术协定， 中国科学院决定派代表团前往苏联进行考察。 昨晚，科学院领导张劲夫等，特意来看望了即将赴苏的几位科学家，并一再嘱咐说：“这次去苏联学习考察人造卫星和火箭技术方面的情况，一定要想法多考察些地方，多学些成功的经验，回国后，要在这次考察的基础上，尽快拿出中国人造卫星的具体方案！”是的，苏联毕竟有了多年探索的历史，毕竟有了两颗人造卫星成功的经验，此行倘若能达到预想之目的，中国研制第一颗人造卫星的步伐必然会大大加快，而且成功的把握也会大得多。但如此重任，这次能顺利完成吗？想到此，赵九章的心底泛起一丝淡淡的隐忧。他掏出 工作日记本，随手翻开，认真查看起来。 第二十二章航天专家赵九章 赵九章生于1907 年，浙江吴兴县人。1933 年，他从清华大学物理系毕业后，便留学德国，并于1938 年获德国柏林大学气象学博士学位。1939 年 回国后，他担任了西南联大教授。1944 年，曾开拓了中国近代气象学的著名 气象学家和地理学家竺可桢先生，将中央研究院气象研究所所长的重担搁在了 他的肩上。新中国成立后，他又出任中国科学院地球物理研究所所长，并于1955 年被推选为中国科学院地学部委员，同时，还当选为中国气象学会理事 长和中国地球物理学会理事长。 竺可桢先生在1945年4月5日对赵九章出任气象研究所所长曾经有 过这样一段评价：“九章到所10个月，对所里行政大事改进和研究指导有方，且物理为气象之基本训练，日后进步非从物理着手不行，故赵代所长主持，将 来希望自无限量。” 赵九章果然不负众望。这位在国内外享有盛誉的地球物理学家、气 象学家、空间物理学家，后来在发展中国气象学、固体地球物理学和空间科学 方面，做出了极其重大的贡献。

高一物理必修二第六章 专题强化4 卫星变轨问题和双星问题---学生版

专题强化4 卫星变轨问题和双星问题--学生版 [学习目标] 1.会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨的原因和变轨前后卫星速度的变化.2.掌握双星运动的特点，会分析求解双星运动的周期和角速度. 一、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G Mm r 2＝m v 2r . (2)变轨运行 卫星变轨时，先是线速度v 发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r 发生变化. ①当卫星减速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2 r 减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁. ②当卫星加速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2 r 增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁. 2.实例分析 (1)飞船对接问题 飞船与在轨空间站对接 先使飞船位于较低轨道上，然后让飞船合理地加速，使飞船沿椭圆轨道做离心运动，追上高轨道飞船完成对接(如图1甲所示). 注意：若飞船和空间站在同一轨道上，飞船加速时无法追上空间站，因为飞船加速时，将做离心运动，从而离开这个轨道. 通常先使后面的飞船减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度，如图乙. 图1

(2)同步卫星的发射、变轨问题 如图2所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在Q 点点火加速做离心 运动进入椭圆轨道2，在P 点点火加速，使其满足GMm r 2＝m v 2r ，进入同步圆轨道3做圆周运动. 图2 例1 (2019·通许县实验中学期末)如图3所示为卫星发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是( ) 图3 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上的周期大于在轨道2上的周期 C.卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率 D.卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度 针对训练 (多选)(2019·定远育才实验学校期末)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B 为轨道Ⅱ上的一点，如图4所示.关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( ) 图4 A.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于经过B 点的速度 B.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的速度 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D.在轨道Ⅱ上经过A 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的加速度

四川省宜宾市一中高中物理《人造卫星宇宙速度》教学设计 教科版必修2

人造卫星 宇宙速度教学设计 课前预习： 1．第一宇宙速度是指卫星在__________绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做匀 速圆周运动的____________速度．第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周 运动所需要的________发射速度，其大小为________． 2．第二宇宙速度是指人造卫星不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大 小为________． 3．第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚，飞到________外所需 要的最小发射速度，其大小为______． 4．人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心 力，则有：G Mm r 2＝________＝____________＝__________，由此可得v ＝_____________， ω＝____________，T ＝____________. 5．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可以是下列的哪些数据( ) A ．一定等于7.9 km/s B ．等于或小于7.9 km/s C ．一定大于7.9 km/s D ．介于7.9 km/s ～11.2 km/s 6．关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B ．它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C ．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D ．它是人造卫星发射时的最大速度 7．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动， 则下列说法正确的是( ) ①根据公式v ＝ωr 可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 ②根据公式F ＝mv 2 r 可 知卫星所需的向心力将减小到原来的12 ③根据公式F ＝GMm r 2，可知地球提供的向心力 将减小到原来的1 4 ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原 来 的22 A ．①③ B ．②③ C ．②④ D ．③④ 课堂探究：（学生看书，讨论，做题，总结） 知识点一 第一宇宙速度 1．下列表述正确的是( ) A ．第一宇宙速度又叫环绕速度 B ．第一宇宙速度又叫脱离速度 C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关 2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径 较小，一般在7～20 km ，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017 kg/m 3 ，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( )

人造卫星对人类的影响

人造卫星对人类的影响 在我们头顶上方的太空深处，数百颗人造卫星正在忙忙碌碌地传送着各种信息数据。自从第二次世界大战末科学家开始研制人造卫星以来，这些在地球引力场的作用下沿着各自轨道运行“人间奇迹”已经使这个世界发生了重大变化。 人造卫星标志着全球化时代的开始，它借助即时通信手段“缩小”了我们这个巨大的、迅速变化的世界。它们可以从高空对我们进行暗中监视，它们使我们可以与地球另一端的朋友和亲属通话，它们还可以对不断变化的天气模式和正在加勒比海上空形成的飓风进行监测。 它们可以帮助地质勘探人员发生石油和珍贵的矿藏，在一瞬间将最新消息传遍全球，并将千百万的寻呼机信息传送给国会议员、毒品贩子、医生和大企业的首脑人物。 它们还使我们的电视机里充斥着大量的体育节目、电影和无数无聊的访谈节目，甚至还可以从数以千计的加油站将信用卡信息传递到中央计算机以备核查。 过去，人造卫星的发射是一件很特别的事情。如今每个月都有5颗人造卫星被送入太空，而天文学家们则抱怨说，现在太空中的人造卫星多到了防碍天文望远镜观测视线的程度。 虽然目前人造卫星的价格仍然十分昂贵，但是生产人造卫星和将卫星送入预定轨道所需的运载火箭的成本却在稳步下降。此外人们对于人造卫星的需要似乎是无法满足的。未来10年内，还将有数千颗人造卫星被送人太空。 人造卫星目前在我们的日常生活中占据着重要的地位，但是人们还没有充分意识到它们的潜能。它们将会拥有更为强大的影响力，它们会通过一些十年前我们只有在梦中才会想到的方式介入我们的生活。 从遥远的北极到澳大利亚的荒漠地带，没有人可以逃避人造卫星的影响。在未来的几年时间里，人造卫星不但会改变我们的工作方式，而且还会改变我们的生活 发射成功一颗人造星，实际上就相当于人类在太空设立了一个实验室或通讯、情报站。地面上的人类通过遥控这颗人造卫星来完成宇宙观测、广播通讯等项工作。 从1957年前苏联成功地发射了第一颗人造卫星以来，人类已经拥有了许许多多的不同种类的人造卫星。 通信卫星用于电话、电报、电视、广播、数据传送等业务；气象卫星主要用于气象观测工作；地球资源卫星用于寻找地下矿藏、调查水文资料等方面工作；导航卫星主要用于交通导航服务；侦察卫星主要用于侦察敌情、探测火灾等方面工作。其他各种卫星，依据研究设计的不同，各有不同用途。 人造卫星，照字面解释，就是“人造的卫星”，月球是地球的卫星，因它绕着地球转，如同护卫着地球，而人造卫星就是人造且绕着地球转的东西。牛顿的万有引力说月球不会掉下来也不会飞离地球是因为向心力等于离心力，简单地说地球上空的物体只要绕地球的飞行速度够快，就不会掉下来，但也不能太快，太快了又会飞离地球，所以说月球绕地球的速度是“刚刚好”。几亿年来，月球就忠心耿耿地环绕着地球。从另一个角度看来，九大行星(包括地球)几亿年来也是忠心地绕着太阳转，即不掉到太阳去也不飞离太阳系，而这也是因为这些行星绕太阳的速度“刚刚好”。后来的科学家从此得到灵感，如