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第四节 宇宙航行

问题？
牛顿的设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来。而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了。
你知道这个速度究竟有多大吗？
M
近地卫星
R=r
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
请同学们计算：已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，地球表面的重力加速度 g=9.8m/s2，卫星在地面附近环绕（r=R）地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
宇宙速度（发射速度）
2.第二宇宙速度：v=11.2km/s当物体的速度大于或等于11.2 km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，永远离开地球。仍受到太阳的引力。若 11.2km/s≤V<16.7km/s成为太阳系的一颗“小行星
3. 第三宇宙速度：v=16.7km/s如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。
1.第一宇宙速度： v = 7.9 km/s 物体在地面附近、环绕地球做匀速圆周运动，小于7.9km/s时落回地面.若7.9km/s三个宇宙速度的对比及应用
意义
第一宇宙速度
(1)卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度(2)人造卫星的最小地面发射速度
第二宇宙速度
使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度
第三宇宙速度
使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度
“嫦娥五号”的发射速度应该大于第一宇宙速度。
“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度。
“旅行者一号”的发射速度应该大于第三宇宙速度。
我们如何
获得这么
大的宇宙速度呢
？
火箭发射：
V
V
高轨道
近地轨道
?
椭圆轨道
?
Q
P
多次发射：
飞船对接：？
实为一次发射过程
A
B
卫星经过2，3轨道交点A时减速，做近心运动进入椭圆2轨道；
经过1，2轨道交点B时再次减速，做近心运动进入圆轨道1；
在预定C位置再次减速，做近心运动落到地面。
C
发射的逆过程--回收：
宇宙速度≠环绕速度
　（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，发射后依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道．
　（2）环绕速度（也叫运行速度或绕行速度）：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度．当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度．
注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度．
v发射
v运行
人造地球卫星的轨道：
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：
（1）赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，卫星始终处于赤道正上方。
（2）极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空。
（3）倾斜轨道（一般轨道） ：卫星轨道和赤道成某一的角度。
卫星的轨道可以是圆，也可以是椭圆。
赤道平面
？
环绕速度（也叫运行速度或绕行速度）角速度和周期：
可见：卫星运动情况(V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定
（R为地球的半径，h为卫星距地面的高度）
★高轨低速长周期
线速度(v)表达式：
得：
角速度(ω)表达式:
得：
周期(T)表达式:
得：
一般情况下，卫星轨道近似是圆轨道。
求近地卫星的周期（轨道半径近似等于地球半径）
能发射一颗周期为82 min的卫星吗？
方法二：
？
同步卫星又叫通信卫星（或静止轨道卫星）
指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做同步的匀速圆周运动，周期T=24h。
(1)运行方向一定：与地球自转方向一致；
(2)周期一定：与地球自转周期相同；
(3)轨道平面一定：赤道的正上方；
(4)高度一定：约距地面36000km）
(5)速率一定：约为3.1km/s。
3颗同步卫星可实现全球覆盖
载人航天与太空探索
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号”（苏联）
1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。。
1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国升空，拉开人类登月的帷幕。7月20日下午10时56分，阿姆斯特朗踏上月面，
1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。2003年10月15日神舟5号把杨利伟送入太空。

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