《第25讲卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第25讲卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题2.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第25讲卫星变轨、发射、E1收、空间站对接及其能量问题1 .（全国高考）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行（即绕地球 一圈需要24小时）；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向 月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比，（）A.卫星动能增大，引力势能减小B.卫星动能增大，引力势能增大C.卫星动能减小，引力势能减小D.卫星动能减小，引力势能增大一.知识回顾L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。（1）当卫星的速度增
2、加时，G誓V2否,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，当卫星进入新的轨道运 行时，由。绡可知其运行速度比在原轨道时小。Mm v2（2）当卫星的速度减小时，G下行,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，当卫星进入新的轨道运行时，由等可 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
3、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S。2(2)变轨时在尸点点火加速，短时间内将速率由初增加到。2,这时誉吟，卫星 脱离原轨道做离心运动，进入椭圆形的转移轨道II。(3)卫星运行到远地点。时的速率为。3,此时进行第二次点火加速，在短时间内将 速率由。3增加到。4,使卫星进入同步轨道”，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，平4,变轨到低轨道
4、，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：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切、04,在轨道II上过尸、 Q点时的速率分别为02、03,在P点加速，则V2V；在Q点加速，则0403。又因0104, 故有 V2VV4V3,O(2)加速度：因为在尸点不论从轨道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，设为时。同理，在。点加速度也相同，设为Q。又因。点 到地心的距离大于P点到地心的距离，所以aQaPo(3)周期：设卫星在I、II、川轨道上运行周期分别为7K 72、73,轨道半径
5、或半长轴分别为门、2门,由尸二女可知T1V孜乃。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，Mm v2由于变轨时遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足致使卫星在较高轨道上的运行速率小于在较低轨道上的运行速率，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）。二.例题精析例1. 2022年6月5日17时42分，神舟十四号载人飞船与天和核心舱径向端口成功对接。对接后 的组
6、合体绕地球做匀速圆周运动，其轨道离地面高度为地球半径的工。已知地球半径为R,地球16表面重力加速度为g。下列说法正确的是（）A.神舟十四号与天和核心舱对接时，要先变轨到达核心舱所在的轨道，再加速追上核心舱进行 对接B.组合体的向心加速度大于gC.组合体的线速度小于地球赤道上物体的线速度D.组合体运行的周期为丁=要睬例12.神舟十三号飞船于2021年10月16日顺利发射升空，在轨驻留6个月，于2022年4月16日 成功返回地球，标志着中国航天又站在了一个新的起点。已知神舟十三号飞船的发射初始轨道为 近地点200km、远地点356km的椭圆轨道，对接轨道是距地表394km的圆轨道。下列关于神舟 十
7、三号飞船的说法中不正确的是（）A.发射速度必须大于7.9km/sB.在对接轨道上运行速度小于7.9km/sC.在初始轨道上的周期大于在对接轨道上的周期D.在初始轨道上的近地点速度大于在远地点的速度例3.2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，三位中国航天员首次进入了 自己的空间站，对接过程的示意图如图所示，天和核心舱处于半径为巧的圆轨道HI；神舟十二号 飞船处于半径为门的圆轨道I ,运行周期为Ti,通过变轨操作后，沿椭圆轨道H运动到B处与 天和核心舱对接，则神舟十二号飞船（）A.沿轨道II运行的周期为T2=Ti J喝加B.在轨道1和轨道11运动经过A点时速度大小相同C.沿
8、轨道H从A运动到对接点B过程中，速度不断增大d.沿轨道I运行的周期大于天和核心舱沿轨道m运行的周期三.举一反三，巩固练习1.北京时间2021年10月16日。时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火 箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。这是我国载人航天工程立项实施以来的第21次飞行任务, 也是空间站阶段的第2次载人飞行任务。飞船入轨后，在完成与空间站高难度的径向交会对接 后，航天员将进驻天和核心舱，开启为期6个月的在轨驻留。已知天和号核心舱在距离地面高 度为400km的轨道上做匀速圆周运动（如图），地球半径约为6400km。已知地球表面的重力加 速度为9.8m/s2,则下列说法正确的
9、是（）A.天和号核心舱绕地球运动的速度大于7.9km/sB.载人飞船需先进入空间站轨道，再加速追上空间站完成对接C.空间站运行的速度小于地球赤道上物体随地球自转的速度D.天和号核心舱每天绕地球公转大于15圈2. 2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱成功对接，对接过程如图所示，天和核 心舱处于半径为n的圆轨道in；神舟十二号飞船处于半径为门的圆轨道I,运行周期为ti,当 经过a点时，通过变轨操作后，沿椭圆轨道n运动到b处与核心舱对接，则神舟十二号飞船 （ ）A.在轨道I上的速度小于沿轨道II运动经过B点的速度b.沿轨道n运行的周期为承=nJ（笔产尸C.沿轨道n从A运动到B的过程中
10、，速度不断增大d.沿轨道I运行的周期大于天和核心舱沿轨道ni运行的周期3. 2021年6月17日，“神舟十二号”载人飞船搭载着聂海胜、刘伯明、汤洪波三名宇航员成功飞 天，开启历时三个月的太空驻留。9月17日，“神舟十二号”返回舱在东风着陆场安全降落。返 回舱从工作轨道I返回地面的运动轨迹如图，椭圆轨道n与圆轨道I、HI分别相切于P、Q两 点，轨道I、in的半径分别为口、巧；返回舱从轨道n【上适当位置减速后进入大气层，最后在东 风着陆场着陆。已知地球半径为R,地面重力加速度为g,返回舱的质量为m。关于返回舱返回 地面过程，下列说法正确的是（）a.返回舱在I轨道上p点点燃反推发动机进入n轨道前后，
11、其加速度减小b,返回舱在n轨道上从p点运动到q点经历的最短时间为羽箸2J2c.返回舱从I轨道转移到ni轨道过程中，发动机做的功为空空”二22/1厂3D.返回舱在II轨道上经过P点时的速率可能等于在HI轨道上运动速率4. 2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪 波进入天和核心舱，标志着中国人首次进入了自己的空间站。对接过程如图所示，天和核心舱 处于半径为巧的圆轨道m,神舟十二号飞船沿着半径为门的圆轨道I运动到Q点时，通过一系 列变轨操作，沿椭圆轨道n运动到P点与天和核心舱对接。已知神舟十二号飞船沿圆轨道I运 行周期为T1,则下列说法正确的是（）a
12、.神舟十二号飞船沿轨道I运行的周期大于天和核心舱沿轨道m运行的周期B.神舟十二号飞船在轨道I的Q点需要加速才能进入轨道IIc.神舟十二号飞船沿轨道n运动到对接点p点的过程中，其速度不断增大D.神舟十二号飞船沿轨道II从Q到P运动时间为t = TiJ（琮45. 2021年10月16日我国“神舟十三号”载人飞船入轨后顺利完成与天和核心舱的交会对接，假 设“核心舱”与“神舟十三号”都围绕地球做匀速圆周云动为了实现飞船与核心舱的对接，下列 措施可行的是（）A.使飞船与核心舱在同一轨道上云行，然后飞船加速追上核心舱实现对接B.使飞船与核心舱在同一轨道上运行，然后核心舱减速等待飞船实现对接C.飞船先在比核
13、心舱半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近核心舱，两者速度接近时实现 对接D.飞船先在比核心舱半径小的轨道上减速。减速后飞船涿渐靠近核心舱，两者速度接近时实现 对接6. 2021年2月，我国“天问一号”火星探测器抵达环绕火星的轨道，正式开启火星探测之旅，如 图所示。“天问一号”进入火星停泊轨道2后，在近火点280千米，远火点5.9万千米，进行相 关探测后再进入较低的椭圆轨道3开展科学探测。则“天问一号”（）A.轨道2环绕周期比轨道3环绕周期小B.轨道2近火点的加速度比轨道3近火点的加速度大C.轨道2近火点的速率比轨道3近火点的速率大D.轨道2近火点的机械能比轨道2远火点的机械能小7. 2021
14、年5月15日，“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,如图所 示，着陆前其近火M和远火点N的高度分别为280千米（可视为贴近火星表面）和5.9万千米， 若“天问一号”探测器的质量为m,在远火点N时的速度大小为v, N点距离火星球心的距离为r,火星的密度为p,半径为R,引力常量为G,则下列说法正确的是（A. “天问一号”探测器在M点的动量大小为mvB. “天问一号”探测器在M点的线速度大于J警记C. “天问一号”探测器在M点的引力势能大于在N点的引力势能V2D. “天问一号”探测器在N点的加速度小于一Y8.我国的“嫦娥奔月”月球探测工程启动至今，以“绕、落、回”为发展过程。
15、中国国家航天局目 前计划于2020年发射嫦娥工程第二阶段的月球车嫦娥四号。中国探月计划总工程师吴伟仁近期 透露，此台月球车很可能在离地球较远的月球背面着陆，假设运载火箭先将“嫦娥四号”月球 探测器成功送入太空，由地月转移轨道进入半径为n = 100公里环月圆轨道I后成功变轨到近 月点为15公里的椭圆轨道H,在从15公里高度降至近月表面圆轨道HI,最后成功实现登月。 若取两物体相距无穷远时的引力势能为零，一个质量为m的质点距质量为M的引力中心为r 时，其万有引力势能表达式为Ep=-6个（式中G为引力常数）。已知月球质量Mo,月球半 径为R,发射的“嫦娥四号”探测器质量为mo,引力常量G。则关于“
16、嫦娥四号”登月过程的 说法正确的是（）A. “嫦娥四号”探测器在轨道I上运行的动能大于在轨道HI运行的动能1 1B. “嫦娥四号”探测器从轨道I上变轨到轨道III上时，势能减小了 GMomo （-） r】 Rc. “嫦娥四号”探测器在轨道ni上运行时机械能等于在轨道I运行时的机械能11D.落月的“嫦娥四号”探测器从轨道m回到轨道I ,所要提供的最小能量是:GMom （- 2R1一）q9 .北京时间2021年10月16日。时23分,神舟十三号载人飞船顺利将翟志刚、王亚平、叶光富 3名航天员送入太空。飞船的运动可近似为如图所示的情景：圆形轨道I为空间站运行轨道，椭 圆轨道II为载人飞船运行轨道，两
17、轨道相切于A点。设圆形轨道I的半径为r,地球表面重力 加速度为g，地球半径为R,地球的自转周期为T,椭圆轨道H的半长轴为a,下列说法正确的 是（）A.根据题中信息，可求出地球的质量M=也岁GT乙b.载人飞船若要从轨道n进入轨道I,需要在a点减速C.载人飞船在轨道I上A点的加速度大于在轨道n上A点的加速度d.空间站运行的周期与载人飞船在椭圆轨道n上运行的周期之比为母：笳10 .（多选）如图是一次地球同步卫星发射过程，先将卫星发射进入绕地球的较低圆形轨道I,然 后在a点使卫星进入椭圆形的转移轨道n,再在椭圆轨道的远地点b使卫星进入同步轨道ni, 则下列说法正确的是（）A.在轨道I上，卫星的运行速度
18、大于7.9km/sB.在轨道H上，卫星在a点的速度大于在b点的速度C.卫星在b点须通过加速才能由轨道n进入同步轨道山d.在轨道n上运行的过程中，卫星、地球系统的机械能守恒11 .（多选）2021年7月6日，我国成功将“天链一号05”卫星发射升空，卫星进入预定轨道，天 链系列卫星为我国信息传送发挥了重要作用。如图所示，卫星在半径为R的近地圆形轨道I上 运动，到达轨道A点时点火变轨进入椭圆轨道H,到达轨道远地点B时，再次点火进入轨道半 径为5R的圆形轨道m绕地球做圆周运动。则下列说法中正确的是（）A.卫星在轨道I、II上运行的周期之比为9B.卫星在轨道I、II上运行的周期之比为遥：25C.卫星在轨道I上稳定飞行经过A处的速度大于卫星在轨道II上稳定飞行经过B处的速度D.卫星在轨道I上稳定飞行经过A处的加速度小于卫星在轨道II上稳定飞行经过A处的加速