卫星运动
卫星绕地运动的类型
卫星绕地运动的类型
卫星是人类在太空中发射的一种人造物体，它们绕着地球运动，为
人类提供了许多便利。
卫星的运动类型可以按照不同的方式进行分类，下面将对其进行详细介绍。
1. 圆形轨道运动
圆形轨道运动是卫星绕地球运动的一种基本类型。
在这种运动中，卫
星沿着一个完全圆形的轨道绕地球运动。
这种运动方式的优点是稳定
性好，但是需要消耗大量的能量来维持卫星的运动。
2. 椭圆轨道运动
椭圆轨道运动是卫星绕地球运动的另一种基本类型。
在这种运动中，
卫星沿着一个椭圆形的轨道绕地球运动。
这种运动方式的优点是能够
节省能量，但是需要对卫星进行精确的控制，以确保其在轨道上的稳
定性。
3. 极轨运动
极轨运动是一种特殊的卫星运动方式，它的轨道与地球的赤道垂直。
在这种运动中，卫星绕地球的极点运动，可以覆盖地球的所有区域。
这种运动方式的优点是能够提供全球性的覆盖，但是需要对卫星进行
精确的控制，以确保其在轨道上的稳定性。
4. 地球同步轨道运动
地球同步轨道运动是一种特殊的卫星运动方式，它的轨道与地球的自
转周期相同，因此卫星始终保持在同一位置上。
这种运动方式的优点
是能够提供稳定的通信和气象观测服务，但是需要对卫星进行精确的
控制，以确保其在轨道上的稳定性。
总之，卫星绕地运动的类型有很多种，每种类型都有其独特的优点和
缺点。
在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的卫星运动方式，以确保卫星能够稳定地运行，并为人类提供更好的服务。
卫星环绕的几种运动形式
卫星环绕的几种运动形式卫星环绕地球的几种运动形式一、固定轨道运动卫星环绕地球运动的一种形式是固定轨道运动。
这种运动形式中，卫星沿着固定的轨道绕地球旋转，速度和地球自转速度相同，因此相对于地面上的观测者来说，卫星看起来是静止的。
这种运动形式的卫星通常用于通信、气象和导航等领域，如我们常见的通信卫星、气象卫星和导航卫星等。
二、极地轨道运动另一种常见的卫星运动形式是极地轨道运动。
在这种运动形式中，卫星的轨道倾角接近于90度，使得卫星能够在地球的两极附近运行。
极地轨道运动的卫星通常用于地球观测和环境监测等领域，如我们常见的地球观测卫星和环境监测卫星等。
这种运动形式的卫星可以覆盖全球范围，提供全面的地球观测数据。
三、近地轨道运动除了固定轨道和极地轨道运动外，还有一种常见的卫星运动形式是近地轨道运动。
在这种运动形式中，卫星的轨道高度相对较低，使得卫星能够更加接近地球表面。
近地轨道运动的卫星通常用于科学研究和航天探索等领域，如我们常见的空间站和航天器等。
这种运动形式的卫星可以进行人类的科学实验和观测，推动航天技术的发展。
四、椭圆轨道运动除了以上三种常见的卫星运动形式外，还有一种较为特殊的运动形式是椭圆轨道运动。
在这种运动形式中，卫星的轨道呈椭圆形，离地球表面的距离会不断变化。
椭圆轨道运动的卫星通常用于科学研究和资源探测等领域，如我们常见的探测器和科学实验卫星等。
这种运动形式的卫星可以利用椭圆轨道的特点，实现对地球不同区域的观测和探测。
总结起来，卫星环绕地球的运动形式有固定轨道运动、极地轨道运动、近地轨道运动和椭圆轨道运动等几种。
每种运动形式都有其独特的特点和用途，都在为人类的科学研究、通信、气象、导航和环境监测等提供重要支持。
通过这些卫星的运动，我们能够更好地了解和探索地球，促进人类社会的发展和进步。
卫星是怎么运行的
卫星是怎么运行的
卫星在由燃料推射出地球大气后，将进入真空的宇宙，而开始匀速运动。
卫星是靠万有引力来提供向心力，使其绕地球转；它在变轨时，在卫星的内部都储存着储油燃料，还有的就是太阳能电池板，这为卫星自身的运动提供了能量。
人造卫星的用途很广泛，有的装有照相设备，用对地面进行照相、侦察、调查资源、监测地球气候和污染等；有的装有天文观测设备，用来进行天文观测；有的装有通信转播设备，用来转播广播、电视、数据通讯、电话等通讯讯号；有的装有科学研究设备，可以用来进行科研及空间无重力条件下的特殊生产。
卫星是如何绕地球工作的
卫星是如何绕地球工作的卫星绕地球运行的工作原理基于天体力学和牛顿的万有引力定律。
下面是卫星绕地球工作的详细阐述：1.运行轨道：卫星一般位于地球的轨道上，这些轨道通常是椭圆形的。
椭圆轨道有两个焦点，其中一个焦点是地球的中心。
卫星沿着这些椭圆轨道绕地球运动。
2.速度和引力平衡：卫星绕地球运动时，它的速度必须与地球的引力平衡。
当卫星在距离地球较近的地方时，地球的引力较大，卫星会加速。
而当卫星在距离地球较远的地方时，地球的引力较小，卫星会减速。
这种速度和引力平衡使得卫星能够保持相对稳定的轨道。
3.地球引力对卫星的作用：根据牛顿的万有引力定律，地球对卫星施加引力，引力的方向指向地球的中心。
这个引力提供了卫星绕地球运动所需的向心力，使得卫星在轨道上继续运动。
4.轨道稳定性：为了保持稳定的轨道，卫星的速度和轨道高度需要适当调整。
如果卫星速度过快，它会脱离轨道并离开地球；如果速度过慢，它会向地球坠落。
因此，卫星的速度必须精确控制，以保持恰当的轨道高度和速度。
5.轨道调整：一些卫星会通过推进剂进行轨道调整，以保持其轨道高度和位置。
这些推进剂可以调整卫星的速度和方向，使其保持在预定的轨道上。
6.通信和数据传输：卫星绕地球运行时，可以通过接收和发送无线信号与地面站或其他卫星进行通信。
卫星可以接收地面站发送的信号，然后转发给其他地区，实现全球范围内的通信和数据传输。
需要注意的是，不同类型的卫星有不同的运行方式和任务。
例如，通信卫星用于无线通信，气象卫星用于气象监测，导航卫星用于定位和导航等。
每种类型的卫星都有特定的轨道和运行要求，但它们都基于上述的天体力学。
人造卫星的运动原理
人造卫星的运动原理
人造卫星在轨道上运转,是由地球引力作用和卫星本身速度共同作用的结果。
其运动原理主要由以下几方面构成:
1. 地球引力
地球的引力作用使得卫星不会直线离去,而是围绕地球按照椭圆或圆形轨道运动,这属于受约束的运动状态。
2. 离心力平衡
卫星的向心加速度与质量和速度成正比,地球引力与质量和距离的平方成反比。
两者平衡使卫星维持给定的轨道半径。
3. 惯性作用
地球引力仅提供向心加速度。
而卫星的切向速度保持恒定,这是其本身的惯性作用。
速度大小与高度决定轨道周期。
4. 冲量守恒
卫星运动时所具有的动量必须守恒,除非有额外的力作用。
即使地球引力改变,也
不会对动量产生影响。
5. 能量守恒
卫星绕地球运转不会损失机械能,其轨道能量与动能总和保持不变。
只有非保守力时才会改变。
6. 轨道交汇条件
不同卫星轨道平面交汇需要相交于同一点,不同卫星才可能完全碰撞。
这受到初速度和发射位置影响。
7. 轨道参数设定
通过精确设定卫星发射方向、速度、位置等参数,可以使其进入设计需要的轨道,实现预测的运动状态。
上述是人造卫星运动的基本原理,遵循经典力学定律。
通过合理应用这些原理,人类才得以完美地控制和利用卫星实现各种功能。
这些卫星运行原理奠定了人类太空探索的基础。
卫星在太空运动的原理
卫星在太空运动的原理
卫星在太空中运动的原理可以通过牛顿的运动定律和引力定律来解释。
简单来说，卫星的运动是由地球对其施加的引力和卫星的惯性力所决定的。
根据牛顿的第一定律，一个物体如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动，即惯性定律。
因此，一旦卫星进入太空并不受外界力的干扰，它将保持一种匀速直线运动，沿着其初始速度的方向前行。
然而，地球对卫星施加了引力。
根据牛顿的引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，并与它们之间的距离的平方成反比。
由于地球的质量非常庞大，它具有强大的引力能力。
卫星在地球引力的作用下，受到向地心的加速度，这使得卫星的路径被弯曲成一个椭圆轨道。
具体来说，当卫星距离地球较远时，引力的作用较小，卫星的速度较快，它在轨道上离地球较远的位置运动。
当卫星靠近地球时，引力的作用增强，卫星的速度减慢，它在轨道上离地球较近的位置运动。
综上所述，卫星在太空中运动的原理主要由地球对卫星施加的引力和卫星的惯性力所决定，这使得卫星沿着一个椭圆轨道绕地球运动。
卫星到太空怎么运动的原理
卫星到太空怎么运动的原理
一、运载火箭发射卫星到太空的第一步是依靠运载火箭进行发射。
火箭通过燃烧推进剂产生向下的推力,根据牛顿第三定律,火箭向上获得等量的反作用力,于是火箭带动上面装载的卫星快速向上飞行。
二、脱离地心引力随着火箭加速上升,卫星逐渐远离地面,地心引力减小。
当速度达到第一宇宙速度时,抗衡地心引力的向心力等于地心引力,卫星脱离地球束缚,进入环绕地球轨道。
三、获得轨道速度在地球引力作用下,火箭使卫星获得水平向运动速度,进一步达到第二宇宙速度。
此时卫星开始环绕地球运转,而非直接飞向太空,其速度满足平衡地心引力和离心力的轨道速度。
四、进入预定轨道面通过控制火箭发射时刻、方向和轨迹,可以使卫星进入预先设计的轨道面,如地球同步轨道面、太阳同步轨道面等。
五、轨道调整卫星到达轨道后,会进行较小的轨道调整,使用上面载的小推力发动机精确进入目标轨道,如提高轨道高度或改变轨道倾角等。
六、速度与高度不同轨道的卫星速度和高度不同,如低地球轨道卫星的速度约7.8公里/秒,空间站在约400公里高度。
geosynchronous卫星轨道速度3.07公里/秒,高度约3.6万公里。
七、零重力环境进入轨道后,卫星始终在自由落体状态,产生的抵消地心引力的离心力等于引力,感受不到重力,形成轨道上的零重力环境。
总之,卫星通过火箭发射脱离地球,获得轨道速度进入预定轨道面,并进行轨道调整,最终在太空的预定高度按轨道运转。
这简要概括了卫星进入太空的基本运动原理。
第三章 卫星运动基础
第三章卫星运动基础
30
用旋转矩阵表示如下
x s y R ( ) R ( i ) R ( ) 3 1 s s z s
cos sin 0 R3 ( ) sin cos 0 0 1 0
当开普勒椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均角速度也随之 确定，且保持不变。
第三章卫星运动基础 11
二、轨道参数
轨道参数，是在人卫轨道理 论中用来描述卫星椭圆轨道 的形状、大小及其在空间的 指向，及确定任一时刻t0卫 星在轨道上的位置的一组参 数。 通常采用的是所谓的6个开 普勒轨道参数。。
• 参数包括： – 升交点赤经Ω – 轨道倾角i – 长半径a – 偏心率e
人卫真实轨道 人卫正常轨道 轨道摄动
• 只考虑地心引力(1)的卫星运动叫无摄运动，考虑其它 作用力的卫星运动叫受摄运动。
第三章卫星运动基础
5
作用在卫星上的力 地球引力(1) 摄 动 力 地球引力(2) 日、月引力 大气阻力 光压 其它作用力 总和
卫星轨道 人卫正常轨道
轨道理论 人卫正常轨道（二体问题）
s cos V r sin V s s 0
第三章卫星运动基础
s r V
s
29
(2)在天球坐标系中卫星的位置
在轨道平面直角坐标系中只确定了卫星在轨道平面上的位 置，而轨道平面与地球体的相对定向尚需由轨道参数、 i和s确定。 天球坐标系（x,y,z）与轨道坐标系(s, s, s)具有相同的原 点，差别在于坐标系的定向不同，为此需将轨道坐标系 作如下旋转： 绕s轴顺转角度s使s轴的指向由近地点改为升交点。 绕s轴顺转角度i，使s轴与z轴重合。 绕s轴顺转角度，使x轴与s轴重合。
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卫星椭圆轨道问题探析顾家国江苏省大港中学 江苏 镇江 212028（又称第一宇宙速度），此时卫星以最大速度绕地球表面作圆周运动；当发射速度达gR 2时（又称第二宇宙速度），卫星以地球球心为焦点作抛物线运动，当然再也不可能返回地球，因为抛物线为非闭合曲线；当发射速度介于gR 和gR 2之间时，卫星作椭圆运动，并随发射速度的增大椭圆越扁，地球为椭圆的一个焦点，发射点为近地点；当卫星速度大于gR 2而小于第三宇宙速度时，它将在地球引力范围内作双曲线运动，当卫星脱离地球引力后，将绕太阳运动成为太阳的一个行星，如果控制发射速度和轨道，它也可成为其它行星的卫星；当发射速度大于第三宇宙速度时，卫星将脱离太阳系的束缚，向其他星系运动。
对于圆轨道，由于卫星受到的万有引力刚好提供卫星运动的向心力，因此可方便地可以求解出卫星在圆轨道上运动的速度、加速度、周期等物理量。
但对于椭圆轨道，相对来说求解某些问题有一定的困难，下面就卫星椭圆轨道的几个问题逐一分析说明。
一、椭圆上任一点的曲率半径。
根据数学知识，曲率半径由公式3222)x y r y x x y ''+=''''''-（给出，为了便于求导，借助椭圆的参数方程cos x a φ=，sin y b φ=（a 、b 分别为椭圆的半长轴、半短轴），把x 、y 的一、二阶导数代入r 表达式，有322222sin cos )a b r abφφ+=（．在远地点和近地点，参数Φ分别取0、π代入，得到在椭圆上(,0)a ±这两个点所在处的曲率半径相同，等于2ba,不等于a c +或a c -，式中c 为椭圆焦距。
该知识点中的数学能力要求已超出高中要求，但是其结论有必要作适当的介绍。
例题1：某卫星沿椭圆轨道绕地球运行，近地点离地球中心的距离是c ,远地点离地球中心的距离为d ,若卫星在近地点的速率为c v ,则卫星在远地点时的速率d v 是多少？解析：做椭圆运动的卫星在近地点和远地点的轨道曲率半径相同，设都等于r 。
所以，在近地点时有22c v M m Gmcr=，在远地点时有22d v M m Gmdr=，上述两式相比得c dv d v c=，故d c c v v d=。
学生易错的解是：卫星运行所受的万有引力提供向心力，在近地点时，有22cv M m Gmcc=，在远地点时有22d v M m Gmdd=，上述两式相比得c dV V =d c V =，以上错误在于认为做椭圆运动的卫星，在近地点和远地点的轨道曲率半径不同，且分别为c 和d ，这种错误在知道了椭圆曲率半径的概念后就不会犯了。
二、卫星在椭圆轨道上运动到任何一点的加速度和向心加速度。
根据牛顿第二定律，卫星在椭圆轨道上运动到任何一点的加速度由公式2M m Gm a R=求解，式中R 为地球球心到卫星的距离，即椭圆的一个焦点到卫星的距离。
卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时，万有引力全部用来提供向心力，这时卫星的加速度就是向心加速度，而在椭圆轨道上运动的卫星，万有引力没有全部用来提供向心力，向心加速度将不再等于卫星在轨道上运动的加速度。
卫星在轨道上某点运动的向心力为2n vF m r=，式中r 是该点所在椭圆轨道的曲率半径，向心加速度n n F a m=，在远地点，卫星受到地球的万有引力2G M m F GR=，式中R 是卫星和地球地心之间的距离。
卫星此时运动所需要的向心力2n vF mr=， r R ≠，且G n F F =，卫星此时的加速度等于向心加速度，即n a a =，卫星之后在万有引力作用下向地球靠近做向心运动，万有引力产生两个作用效果，一方面提供沿轨道切向的切向力，对卫星做正功，使卫星速率越来越大，另一方面提供向心力，不断改变卫星的运动方向，万有引力产生的切向加速度a τ和法向加速度即向心加速度n a 之间的关系，如图1所示。
到达近地点时，G n F F =，n a a =，卫星之后远离地球做离心运动，万有引力同样产生两个作用效果，一方面提供沿轨道切向的切向力，对卫星做负功，使卫星速率越来越小，另一方面提供向心力，不断改变卫星的运动方向，直到远地点，周而复始。
在整个运动过程中，只有近地点和远地点两个位置，G n F F =，n a a =，其他位置n a a ≠。
例题2：发射地球同步卫星时，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，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如图2所示。
则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：A 、卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度B、卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度C、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率D、卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度解析：根据牛顿第二定律可得2rGMmFa==，即卫星的加速度a只与卫星到地心的距离r 有关，所以A选项错误，B选项正确。
因为轨道1和轨道3是圆轨道，所以222M m vG mr mr rω==，所以V=rGM，3rGM=ω，即D选项正确，C选项错误。
三、卫星在椭圆轨道上运动的周期。
根据开普勒第三定律，所有地球的卫星，无论轨道是圆，还是椭圆，它们运动周期的平方和半长轴的三次方之比是定值。
圆形轨道的半长轴就是圆的半径。
例题3：飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点A处将速率降低到适当值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆与地球表面在B点相切，地球半径为R0,如图3所示。
求飞船由A点到B点所需的时间。
解析：设飞船的椭圆轨道的半长轴为a，由图可知02R Ra+=.设飞船沿椭圆轨道运行的周期为T′，由开普勒第三定律得：3323R aT T='.飞船从A到B的时间2Tt'=.由以上三式求解得t==四、圆规道和椭圆轨道之间的变换。
根据例题2可知，在发射卫星的过程中，受运载火箭发射能力的局限，卫星往往不能直接由火箭送入最终运行的空间轨道，而是要在一个椭圆轨道上先行过渡。
在地面跟踪测控网的跟踪测控下，选择合适时机向卫星上的发动机发出点火指令，通过一定的推力改变卫星的运行速图2a图1 图3度，通常要在椭圆轨道与圆轨道相切点开动发动机进行加速来实现变轨，实现发射目标。
从圆轨道1变换到椭圆轨道2，火箭要在轨道1和轨道2的相切点附近进行助推,让此时卫星受到的万有引力不足以提供卫星运动的向心力，卫星开始沿椭圆轨道2做离心运动，速率越来越小，在远地点附近卫星的速度较小，卫星所受的万有引力大于所需的向心力，卫星将做向心运动，在此时对卫星进行加速，使万有引力刚好提供卫星在轨道3上做圆周运动的向心力，使卫星从椭圆轨道2变换到圆规道3上运行。
卫星返回时，通过相反的过程回到地面。
例题4：如下图是我国“嫦娥一号”发射及绕月简图，设下图中卫星是逆时针方向运动的，阅读如下材料回答问题：2007年10月25日17时55分，北京航天飞行控制中心对嫦娥一号卫星实施首次变轨并获得成功，首次变轨是在远地点发动机点火使卫星加速的。
卫星的近地点高度由约200公里抬高到了约600公里，如图4所示，卫星正式进入绕地16小时轨道。
接下来卫星在近地点处还要借助自身发动机的推动，经过三次变轨即进入绕地24小时轨道、绕地48小时轨道，最后进入地月转移轨道，经过漫长的运行后接近月球，在月球近月点的位置仍要借助自身的发动机的作用，使卫星的速度发生变化，被月球引力俘获后进入绕月12小时轨道、绕月3.5小时轨道，最终进入绕月127分钟的圆形轨道，进行约一年的月球探索之旅。
关于卫星在绕地由16小时轨道到48小时轨道、绕月由12小时轨道到127分钟轨道的过程中下列说法正确的是（ ）A 、卫星绕地、绕月运行均需要向后喷气加速，才能到相应的轨道。
B 、卫星绕地运行需要向后喷气加速，才能到相应的轨道。
C 、卫星绕地、绕月运行均需要向前喷气减速，才能到相应的轨道。
D 、卫星绕月运行需要向前喷气减速，才能到相应的轨道。
图4解析：卫星在绕地16小时轨道上运行时，到达近地点处，应该是向后喷气，据反冲现象得速度增大，所需要的向心力增大，而此时地球与卫星之间的引力不变化，即向心力不足，做离心运动，“嫦娥一号”到绕地24小时的轨道上运行。
同理到达预定时间在近地点加速到绕地48小时轨道上运行，第四次变轨指的是最后一次在近地点加速到地月转移轨道上，这才是真正意义上的奔月。
通过分析知B 正确。
卫星在绕月12小时轨道上运行时，到达近月点处，应该是向前喷气，据反冲现象使速度减小，所需要的向心力减小，而此时卫星所受的引力不变化，即引力大于运动物体所需要的向心力，达到此条件，物体就要离开原来的轨迹向内部做向心运动，“嫦娥一号”到绕月 3.5小时的轨道上运行。
同理到达预定时间在近月点减速到绕月127分钟轨道上圆周动，通过分析知D 正确。
五、卫星在椭圆轨道上运动的机械能。
卫星在轨道上运动的总机械能E 等于其动能和势能之和。
根据万有引力定律，地球和卫星之间的引力势能为P G M m E R=-，式中R 是地球地心和卫星之间的距离。
动能212K E m v =，卫星在运动过程中，不考虑其他星体对它的作用，其机械能守恒。
如图4所示，A 、B 两点为卫星运动的近地点和远地点，A v 、B v 分别表示卫星在这两点的速度。
根据例题1的结论，可得.......(1)A Bv a c v a c+=-，卫星在A 、B 两点的机械能分别为：21......(2)2A AG M m E m v a c =--，21......(3)2B B G M m E m v a c=-+,根据机械能守恒，......(4)A B E E =,由（1）（2）（3）（4）式可解得2()()A a c G M v a c a+=-，2()()B a c G M v a c a-=+,把结果代入（2）和（3）式，得到卫星运动的总机械能2G M m E a=-。
从此式可看出，在以地球为焦点的若干个椭圆轨道中，椭圆的半长轴越长，卫星的总机械能越大，发射时需要的能量就越大，因此发射高轨道卫星难度较大。
以上是针对地球和地球的卫星展开讨论的，对于太阳系或其他星系中行星椭圆轨道的一些规律和上述情况类似。
B图4。