卫星变轨问题精华版.pptx
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1、2、卫星、卫星“变轨变轨”问问题题1、卫星、卫星“比较比较”问问题题专题万有引力定律的应用专题万有引力定律的应用地球地球 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人造地球卫星
2、:人造地球卫星:人造地球卫星:人造地球卫星: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:近地卫星:近地卫星:近地卫星:近地卫星: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: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
3、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点万有引力点万有引力相同相同A思考:思考:人造卫星在人造卫星在低轨道上运行
4、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
5、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。v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2
6、v1v4v3v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4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
7、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 1 1、如图所示,发射同步卫星时,先将卫星发射至、如图所示,发射同步卫星时,先将卫星发射至近地近地圆轨道圆轨道1 1,然后经点火使其沿,然后经点火使其沿椭圆轨道椭圆轨道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道圆轨道3 3。轨道。轨道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。当卫星分别在点。当卫星分别在1 1、2 2、3 3上正常运行时,以
8、下上正常运行时,以下说法正确的是(说法正确的是()A A、在轨道、在轨道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、在轨道、在轨道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、在轨道、在轨道2 2上经过上经过Q Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3 3上经过上经过Q Q点时的速率点时的速率 D D、在轨道、在轨道1 1上经过上经过P P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2 2上上 经过经过P P点时的加速度点时的加速度 QQP P231BDvv 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【例题】【例题】如图所示,宇宙飞船B在低轨道飞行,
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