人造卫星变轨速度分析培训讲学.ppt

人造卫星变轨速度分析人造卫星变轨速度分析一、地球同步卫星一、地球同步卫星1、什么是地球同步卫星指在轨道上跟地球自转同步，相对地面静止的指在轨道上跟地球自转同步，相对地面静止的卫星，因此也叫静止轨道卫星，这一类卫星通卫星，因此也叫静止轨道卫星，这一类卫星通常用作传递通讯信号，所以也叫通讯卫星常用作传递通讯信号，所以也叫通讯卫星2、地球同步卫星的特点（1）绕行方向与地球自转方向相同（2）绕行周期与地球自转周期相同T=24h ,角速度也相同（3）卫星轨道必须定点在赤道的正上方，轨道平面与赤道平面重合，距地面高度h＝36000km（4）所有同步卫星的运动参数都相同，有唯一确定的值3、同步卫星的处理方法： F向＝F引例如：计算同步卫星的轨道高度h (周期T已知)代入数据可得：h＝36000km确定了轨道高度后，便可由F向＝F引列式确定线速度、角速度了二、人造卫星变轨时的速度变化分析二、人造卫星变轨时的速度变化分析PQ123（一）、人造卫星基本原理（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万有引力提供。

轨道半径r确定后，与之对应的确定后，与之对应的卫星线速度、角速度、周期、向心加速度卫星线速度、角速度、周期、向心加速度也都是也都是确定的如果卫星的质量也确定，一旦卫星发生变轨，如果卫星的质量也确定，一旦卫星发生变轨，即轨道半径即轨道半径r发生变化，上述物理量都将随之变发生变化，上述物理量都将随之变化同理，只要上述物理量之一发生变化，另外化同理，只要上述物理量之一发生变化，另外几个也必将随之变化几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在高中物理中，会涉及到人造卫星的两种变轨问题（二）、渐变（二）、渐变如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道如：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），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，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，所需要的向心力减小，但卫星使卫星速度减小，所需要的向心力减小，但卫星跟地球间的万有引力跟地球间的万有引力没有变，因此卫星将做向心没有变，因此卫星将做向心运动，即半径运动，即半径r将减小。

将减小结结论论•变变轨轨后后：：由由于于r减减小小，，卫卫星星线线速速度度v将将增增大大，，周周期期T将将减减小小，，向向心心加加速速度度a将将增增大大（三）、突变（三）、突变•由由于于技技术术上上的的需需要要，，有有时时要要在在适适当当的的位位置置短短时时间间启启动动飞飞行行器器上上的的发发动动机机，，使使飞飞行行器器轨轨道道发发生生突突变变，，使使其其到到达达预预定定的的目目标标同步卫星的发射过程是一个典型的变轨运动过程近地轨道椭圆轨道同步圆轨道v3v1v2v4卫星在圆轨道上运动时的速度比较卫星在椭圆轨道上速度比较由开普勒第二定律可知圆周运动向心运动离心运动设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4试比较v1、v2、v3、v4的大小，并用小于号将它们排列起来______v3v1v2v4PQ结论结论要要使使卫卫星星由由较较低低的的圆圆轨轨道道进进入入较较高高的的圆圆轨轨道道，，即即增增大大轨轨道道半半径径（（增增大大轨轨道道高高度度h）），，一一定定要要给给卫卫星星增增加加能能量量。

三三、、双双星星问问题题m1 m2 r1r2Oω宇宙中往往会有相距较近，质量可以相比宇宙中往往会有相距较近，质量可以相比的两颗星球，它们离其它星球都较远，因的两颗星球，它们离其它星球都较远，因此其它星球对它们的万有引力可以忽略不此其它星球对它们的万有引力可以忽略不计在这种情况下，它们将各自围绕它们计在这种情况下，它们将各自围绕它们连线上的某一固定点做连线上的某一固定点做同周期的同周期的匀速圆周匀速圆周运动这种结构叫做双星这种结构叫做双星m1 m2 r1r2Oω（（一一））、、要要明明确确双双星星中中两两颗颗子子星星做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的向向心心力力来来源源•双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动，其向心力由两恒星间的万有引圆周运动，其向心力由两恒星间的万有引力提供由于力的作用是相互的，所以两力提供由于力的作用是相互的，所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的，子星做圆周运动的向心力大小是相等的，利用万有引力定律可以求得其大小利用万有引力定律可以求得其大小（（二二））、、要要明明确确双双星星中中两两颗颗子子星星匀匀速速圆圆周周运运动动的的运运动动参参量量的的关关系系•两两子子星星绕绕着着连连线线上上的的一一点点做做圆圆周周运运动动，，所所以以它它们们的的运运动动周周期期是是相相等等的的，，角角速速度度也也是是相相等等的的。

（三）要明确两子星圆周运动的动力学关系三）要明确两子星圆周运动的动力学关系•设设双双星星的的两两子子星星的的质质量量分分别别为为M1和和M2，，相相距距L，，M1和和M2的的线线速速度度分分别别为为v1和和v2，，角角•速速度度分分别别为为ω1和和ω2，，由由万万有有引引力力定定律律和和牛牛顿顿第第二二定定律律得得：：　M1: M2:M1M2ω1ω2Lr1r2结论 1.周期相同： T1=T2 •2.角速度相同：ω1 =ω2•3.向心力相同：Fn1=Fn2•4.轨道半径与质量成反比：r1：r2=m2：m1•5.线速度与质量成相反：V1:V2=m2:m1 【例题【例题1】两颗靠得很近的天体称为双星，它们】两颗靠得很近的天体称为双星，它们都绕两者连线上某点做匀速圆周运动，因而不至都绕两者连线上某点做匀速圆周运动，因而不至于由于万有引力而吸引到一起，以下说法中正确于由于万有引力而吸引到一起，以下说法中正确的是：的是：•A、它们做圆周运动的角速度之比与其质量、它们做圆周运动的角速度之比与其质量成反比•B、它们做圆周运动的线速度之比与其质量、它们做圆周运动的线速度之比与其质量成反比。

成反比•C、它们做圆周运动的半径与其质量成正比它们做圆周运动的半径与其质量成正比•D、它们做圆周运动的半径与其质量成反比它们做圆周运动的半径与其质量成反比结束！结束！。