高考物理第25讲 卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题（原卷版）.pdfVIP

第25讲卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题

I真题示例_____________________________

I.（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（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

1.卫星变轨基本原理

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，

卫星轨道将发生变化。如图所示。减小〜

vm

⑴当卫星速度增加时，G华离心运动、、

F

^Y/（—\

2

吟，即万有引力不足以提供向心力，/内\

卫星将做离心运动，脱离原来圆轨道,

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,

匀在M周运动

轨道半径变大，当卫星进入新轨道运

行时，由。=一厂可知其运行速度比在原轨道时小。

Mmv~

2（）当卫星速度减小时，G—/ny

,即万有引力大于所需要向心力，卫星将做近心运动，脱离原来圆轨道，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，当卫星进入新轨道运行时，由。=、产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摩擦力，轨道高度不断降低。

2.卫星发射与回收原理

卫星轨道突变：由于技术上需要，有时要在适当位置短时间内启动飞行器上

发动机，使飞行器轨道发生突变，使其进入预定轨道。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0。

(2)变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由3增加到S,这时9警々〃年，卫星

脱离原轨道做离心运动，进入椭圆形转移轨道II。

(3)卫星运行到远地点。时速率为。3,此时进行第二次点火加速，在短时间内将

速率由。3增加到使卫星进入同步轨道III,绕地球做匀速圆周运动。

飞船和空间站对接过程与此类似。卫星回收过程和飞船返回则是相反过程,

通过突然减速，牛,〃,，变轨到低轨道，最后在椭圆轨道近地点处返回地面。发射

或回收示意图如下:

3

空间站对接示意图如下:

3.卫星变轨时三类物理量定性比较

(1)速度：设卫星在圆轨道।、HI上运行时速率分别为切、以，在轨道II上过P、

Q点时