宇宙航行ppt课件

第五节宇宙航行1人造卫星、宇宙飞船2“嫦娥奔月”图(视频)163一、宇宙速度4V0以平抛运动为模型的推理过程牛顿人造卫星原理图牛顿的设想怎样才能发射一颗卫星呢？牛顿的猜想牛顿的手稿牛顿的手稿56问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.89×1024kg,地球半径R=6400km)学科网7MmvGmrr22GMvrrR设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r,求卫星运动的线速度v?由F引=F向得到F引Mm当r=R时即近地卫星,8方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9.7/62411104.61089.51067.6方法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力skmsmgRv/9.7/104.68.96（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）学科网１.第一宇宙速度对于近地卫星，可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出我们把近地卫星的发射速度，叫做第一宇宙速度。9对第一宇宙速度的理解:gRvRGM11.上式对其它天体也适用，R为天体半径,M为天体质量,g为天体表面的重力加度,G为引力常量.2.v1为发射卫星的最小发射速度,又是卫星进入轨道后最大环绕速度(也叫运行速度).？10发射速度指被发射物体离开发射装置时的速度，卫星越高,发射速度越大V运行V发射运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度可知,卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小,近地卫星可认为v发=v运,其它较高卫星的v发＞v运.rGMv人造卫星的发射速度与运行速度11rV发V运故:牢记：第一宇宙速度v1=7.9km/s是近地卫星的发射速度和运行速度,是所有人造卫星的最小发射速度最大运行速度.12如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。13当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。2.第二宇宙速度（脱离速度）卫星挣脱地球束缚的最小发射速度14达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力15如果物体的速度等于或大于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。我们把这个速度叫第三宇宙速度。3.第三宇宙速度（逃逸速度）卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度16各种各样的卫星……17如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？二、卫星的轨道18F1F2F3赤道平面北南东西19人造地球卫星的运行轨道卫星绕地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；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；③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。20地球二、卫星的轨道1.轨道中心地心2.________提供向心力万有引力3.r越大，T_____，V_____，ω_____，an_______越大越小越小越小zxxk21三、地球同步卫星（通讯卫星）特点:1、运行方向与地球自转方向一致2、角速度,周期(T=24h)与地球相同,是一个恒量.3、轨道平面与赤道平面平行4、距地面高度一定(h=3.6×107m)，环绕速度大小一定。即轨道平面一定,高度一定,运动快慢一定why？相对于地球静止的卫星。22w1、为什么必须在赤道平面上？因为:（1）同步卫星与地球自转同步必须自西向东转；（2）万有引力提供做向心力,圆心就是地心.所以:同步卫星轨道平面必定在赤道平面上.2、为什么高度一定？O万有引力提供做向心力由:)(4)(222hRTmhRMmG得:RGMTh3224把T=86400s,M=5.98x1024kg,R=6.37x106m得h=3.58x107m23同步卫星24思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？25思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？262728h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较2930四、梦想成真探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，现在真的“梦想成真”了31人类航天始祖----万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在15世纪的我国明朝早期，一位名叫“万户”的官员，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。这是美国人罗伯特·吉姆在1945年出版的《火箭与喷射》一书中的叙述。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户是世界上公认的“第一个尝试利用火箭进行飞行的人”。为表彰他的功绩，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”。32331957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。四、梦想成真34梦想成真：谁为人类迈向太空提供科学思想19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功1957年10月4日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功1961年4月12日苏联加加林东方一号载人飞船人类何时登上月球1969年7月16日9时32分，美国阿波罗11号升空，19日进入月球轨道，20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃35人类遨游太空回顾•蒂托•2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。361970年4月24日我国第一颗人造卫星升空我国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功第5节宇宙航行1992年我国载人航天工程正式启动372003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏38对地球(1)v1=7.9km/s是人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度。若7.9km/sv11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动。2、第二宇宙速度(逃逸速度):v2=11.2km/s是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度3、第三宇宙速度(逃逸速度):v3=16.7km/s是卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度知识梳理:gRvRGM11.第一宇宙速度(环绕速度)：（对任何天体都适用）二、宇宙速度39为梦想而努力吧！谢谢大家404．1990年3月，紫金山天文台将该台发现的2752号小行星命名为“吴健雄星”。将其看作球形，直径为32km，它的密度和地球密度相近。若在此小行星上发射一颗卫星环绕其表面附近运转。求此卫星的环绕速度。（地球半径取6400km）41解:因故又即此卫星的环绕速度为20m/s2RMmGmgGgRM2GRgVM434001640016地行地行RRgggRvsmRgRgv/20160001040012001行地行行行环故又425.已知地球的质量约为月球质量的81倍,地球半径于约为月球半径的4倍,在地球上发射近地卫星的环绕速度为7.9km/s,周期为84min,那么在月球上发射一颗近地卫星的环绕速度多大?它的周期多大?解:因2RMGg即811611681122月地地月地月RRMMgg43又因故gRv92418116地月地月地卫月卫RRggvvskmskmvv/76.1/9.79292地卫月卫又因vRT2故892941月卫地卫地月地卫月卫vvRRTTmin5.94min8489月卫T44对地球(1)v1=7.9km/s是人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度。若7.9km/sv11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动。2、第二宇宙速度(逃逸速度):v2=11.2km/s是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度3、第三宇宙速度(逃逸速度):v3=16.7km/s是卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度三、同步卫星（通讯卫星）小结:gRvRGM11.第一宇宙速度(环绕速度)：（对任何天体都适用）一、人造卫星二、宇宙速度45五、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段发射加速上升超重回收减速下降超重2、沿圆轨道正常运行只受重力a=g完全失重与重力有关的现象全部消失天平弹簧秤测重力液体压强计463．关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法正确的是（）A.在发射过程中向上加速时产生超重现象B.在降落过程中向下减速时产生失重现象C.进入轨道时作匀速圆周运动，产生失重现象D.失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的AC47·思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。………..六、变轨问题48vF引22RMmGRmv122211,vRMmGRmv使使卫星加速到49v2F引222LMmGLmvL5051使卫星进入更高轨道做圆周运动2233vLMmGLmv，使使卫星加速到v2v352vv’非远地点变轨53向高轨卫星的发射54卫星的回收55vF引v’F引’AB写出A位置与B位置的向心力方程？56例3、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（）•A、在轨道3上的速率大于1上的速率•B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度•C、在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率•D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度QP2·31BD57“嫦娥奔月”图(视频)1658练习1：2007年10月24日“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度为h的A点时，再经三次变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧，如图所示。（）A.“嫦娥一号”由⑤到⑥需加速、由⑦到⑧需减速B.发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度C.在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比E.在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力①②③近地变轨轨道修正转移轨道④⑤⑥⑦⑧发射59练习2.2007年10月24日，“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度为h的A点时，再经三次变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧，如图所示。若月球半径为R，试写出月球表面重力加速度的表达式。①②③近地变轨轨道修正转移轨道④⑤⑥⑦⑧发射60七、对接问题:宇宙飞船与空间站的对接•空间站实际上就是一个载有