卫星轨道调整的原理剖析
物理必修二卫星变轨知识点
物理必修二卫星变轨知识点卫星变轨是指卫星在轨道上改变运动状态的过程。
卫星变轨的目的是为了调整轨道的位置、形状和倾角，以满足特定的任务需求。
在卫星变轨的过程中，需要考虑多种因素，包括能源消耗、轨道参数调整、轨道机动计划等。
卫星变轨的原理是通过在卫星上施加推力，改变其速度和轨道参数，从而实现轨道变化。
卫星通常采用火箭发动机或推进器来提供推力。
在卫星变轨过程中，需要考虑推力的方向和大小，以及推力施加的时间和方式。
卫星变轨可以实现多种功能。
例如，卫星可以通过变轨来调整轨道高度，以实现通信、导航和遥感等任务需求。
此外，卫星变轨还可以用于轨道维护，即调整轨道参数，以保持轨道的稳定性和可用性。
卫星变轨的过程中需要考虑多个因素。
首先是能源消耗问题。
卫星在变轨过程中需要消耗大量的燃料，因此需要合理安排能源供应和消耗，以保证卫星的运行时间和任务需求。
其次是轨道参数调整问题。
卫星的轨道参数包括轨道高度、倾角、偏心率等，这些参数对于卫星的任务效果有重要影响。
在变轨过程中，需要根据具体任务需求和轨道特性来调整这些参数，以达到最佳效果。
最后是轨道机动计划问题。
卫星变轨需要制定详细的机动计划，包括推力的方向、大小和持续时间等。
在制定机动计划时，需要考虑卫星的运行状态、任务需求和能源消耗等因素，以保证变轨的效果和安全性。
卫星变轨是卫星运行中的重要环节，对于实现卫星任务和保持轨道稳定性都具有重要意义。
随着卫星技术的不断发展，卫星变轨的方法和技术也在不断创新和改进。
未来，随着卫星任务的需求和技术的进步，卫星变轨将会更加精确和高效，为人类社会的发展做出更大的贡献。
卫星姿态轨道控制原理
卫星姿态轨道控制原理今天来聊聊卫星姿态轨道控制原理的话题。
你看啊，咱们平时放风筝的时候，如果想让风筝飞得又高又稳，还得摆出各种有趣的姿势，就得不断地拉扯风筝线调整它的方向，在太空中的卫星其实也有点类似的情况呢。
卫星在天上可不是随意飘荡的，就像汽车得沿着马路跑一样，卫星也要按照规定的轨道运行，这个轨道决定了卫星在空间的位置。
要保持卫星在既定轨道运行，就得克服许多外界干扰因素，比如地球的不均匀引力啦，其他天体的引力影响啦，还有太阳光压等。
这就需要进行轨道控制。
打个比方，轨道控制就像是让卫星在太空高速路上稳稳行驶。
卫星自身带有动力系统或者可以通过利用地球的引力等进行轨道机动。
比如说，通过在卫星上安装不同类型的推进器。
当需要改变轨道高度或者轨道平面时，推进器点火工作，像汽车踩油门加速或者转弯似的，改变卫星的速度向量，从而实现轨道的调整。
再来说说卫星姿态控制。
咱们都知道，卫星上的很多设备都有特定的指向要求的。
比如通信卫星得保证天线对准地球特定区域。
卫星姿态控制就是控制卫星在太空中的朝向。
你可以把卫星想象成一艘在太空中航行的小船，姿态控制系统就像船上的舵，时刻调整小船的船头方向。
卫星可以通过动量轮、磁力矩器等设备来实现姿态控制。
像动量轮，它通过高速旋转来存储角动量，然后根据需要改变角动量的方向来调整卫星的姿态，就像用船上的重物调整平衡进而改变船的方向一样。
说到这里，你可能会问卫星姿态和轨道控制这两者之间有没有相互影响呢？这个问题很有意思，其实它们是密切相关的。
不准确的轨道控制会导致卫星受到不同的力的作用，从而间接影响到姿态；反过来，卫星姿态没控制好，也会影响到用于轨道控制的推进装置的工作效果等。
我在学习这个原理的过程中，一开始也特别困惑像引力助推这种比较复杂的轨道控制方法。
引力助推就好像卫星在太空中搭顺风车，路过行星的时候利用行星的引力和相对运动给自己加速或者改变轨道方向，但具体怎么一回事真的费了我好大劲儿才理解呢。
浅析卫星的变轨问题
龙源期刊网
浅析卫星的变轨问题
作者：付培军
来源：《试题与研究·高考理综物理》2013年第01期
卫星变轨问题具有较强的知识综合性，能很好地考查学生的空间思维能力和分析推理能力，是历年高考命题的热点题材，部分同学还没有掌握此类问题的分析求解方法.本文就卫星
变轨的原因和处理方法作以简单归纳，供同学们参考.
一、认识卫星的变轨
1.变轨
卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程叫变轨.人造卫星发射后需要经过多次变轨，才能
进入预定轨道.实际发射的卫星在进入轨道时存在一定误差，一般要对运动轨道进行数次微调
达到最佳状态时才开始真正变轨，此过程卫星一般不止运行一圈.此外，在轨运行的卫星沿轨
道运行时还需缓慢转动，使安装在卫星上的专门仪器或天线对地定向，太阳能帆板对日定向，它含有轨道力学（研究卫星质心绕地的运动）和姿态动力学（研究卫星绕其质心的转动及卫星各部分间的相对运动）两个方面，高中阶段只考虑轨道力学问题，不涉及姿态动力学方面的问题.
2.变轨原理及过程
若把地球看成一个匀质的球体，要使卫星绕其做圆周运动必须具有足够大的水平飞行速度才行，且卫星离地时的速度越大其轨道就越高.为节约火箭的能量，一般采用顺行轨道发射，
充分利用地球自西向东旋转的初速.
将一颗卫星送到较高轨道上去，可采用直线或变轨两种方式发射.直线发射是一次送达，
因要克服地球引力做功，且卫星处于动力飞行状态耗能多，故一般采用变轨发射.变轨发射时
先把卫星送到近地轨道Ⅰ，当卫星运行到某点A时点火加速，卫星离心运动进入椭圆轨道
Ⅱ，当卫星到达远地点B时，再开动发动机进行加速，使之进入预定轨道Ⅲ.
3.卫星变轨过程中描述卫星运动参量的变化。
卫星调整姿态原理
卫星调整姿态原理小伙伴们！今天咱们来唠唠卫星调整姿态这个超酷的事儿。
卫星在太空中就像一个孤独的小旅行者，但是它可不能随便乱晃悠，得保持正确的姿态呢。
那它是怎么做到的呢？这就像是一场太空里的魔法秀。
卫星调整姿态的一个重要“魔法道具”就是推进器啦。
你可以把推进器想象成卫星的小翅膀，不过这翅膀喷出来的不是羽毛，而是气体。
当卫星的某个部位的推进器点火工作的时候，就会产生一股力量。
就好比你在游泳池里，如果你往左边用力划水，你的身体就会往右边转动，卫星也是这个道理。
如果卫星想改变自己的俯仰角，也就是它脑袋上下晃动的角度，那在合适位置的推进器就会工作，喷出气体，产生一个让卫星脑袋往上或者往下转的力。
这就像是卫星在给自己挠痒痒，只不过这个挠痒痒的动作可是经过精确计算的哦。
还有一种很神奇的东西叫动量轮。
动量轮就像是卫星的小陀螺。
你玩过陀螺吧，当陀螺快速旋转的时候，它就会很稳定。
动量轮在卫星里也是这样高速旋转的。
当卫星想要改变姿态的时候，就可以改变动量轮的转速。
比如说，如果卫星想向左转，就可以让右边的动量轮加速旋转，这样就会产生一个让卫星向左转的力矩。
这就像是卫星在玩一个超级高科技的旋转游戏，通过控制这些小陀螺的转速来让自己摆出不同的姿势。
另外呢，磁力矩器也是卫星姿态调整的小能手。
地球是一个大磁场，磁力矩器就像是一个小磁针，它能和地球的磁场相互作用。
当卫星需要调整姿态的时候，磁力矩器就会根据需要调整自己的磁场方向，然后就像被地球磁场拉着或者推着一样，卫星就开始慢慢调整自己的姿态啦。
这就像是卫星在和地球的磁场跳一场优美的舞蹈，借助地球磁场的力量来让自己变得更优雅。
卫星调整姿态可不像咱们在地上转个身那么简单。
在太空中，一点点小的失误都可能带来大麻烦。
所以科学家们要精确地计算每一个推进器的点火时间、动量轮的转速调整还有磁力矩器的磁场变化。
这就像是一群超级细心的厨师在做一道超级复杂的菜，每一种调料的用量、每一个烹饪的步骤都得精确到极致。
小议“卫星变轨”
小议“卫星变轨”随着我国航天事业的发展，天体的发射和运转问题得到各地高考命题专家的青睐，而卫星在发射过程中的重要一环——变轨也成了考试的热点。
但卫星变轨问题对很多学生来说一直是较难理解和掌握的知识点，特别是轨道衔接点的物理量的变化问题。
下面笔者就此具体的解释，以便能帮助读者更好地理解。
一、轨道的渐变问题卫星在运动过程中，由于某个因素的影响使原来做匀速圆周运动的卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），尽管轨道半径发生变化，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。
解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径r是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。
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。
如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型发动机，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的状态），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。
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，卫星所需要的向心力F向=mυ2r减小了，而万有引力F万=GMmr2的大小没有变，因此卫星将做向心运动，轨道半径r将减小。
卫星线速度υ=GMr将增大，周期T=2пr3GM将减小，向心加速度a=GMr2将增大，动能Ek将增大，势能Ep将减小，有部分机械能转化为内能（摩擦生热），卫星机械能E机将减小。
为什么卫星克服阻力做功，动能反而增加了呢？这是因为一旦轨道半径减小，在卫星克服阻力做功的同时，万有引力将对卫星做正功，且做的正功远大于克服空气阻力做的功，外力对卫星做的总功是正的，因此卫星动能增加。
根据E 机=Ek+EP，该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。
相关题目：俄罗斯“和平号”轨道空间站因超期服役和缺乏维持继续在轨道运行的资金，俄政府于2000年底作出了将其坠毁的决定，坠毁过程分两个阶段，首先使空间站进人无动力自由运动状态，因受高空稀薄空气阻力的影响，空间站在绕地球运动的同时缓慢向地球靠近，2001年3月，当空间站下降到距地球320km高度时，再由俄地面控制中心控制其坠毁。
动量定理、卫星轨道调整讲解
在前面的牛顿第二定律中，我们讲到了物体的动量，并且知道了它是一个描述物体运 动状态的状态参量，现在将牛顿第二定律的表达式F=(dp/dt)=d(mv)/dt做一个简单 的变形，即Fdt = d(mv)，我们知道作用在物体上的拉力F可以随时间变化，也可以不 随时间变化，但是不管怎样F都是时间的函数，就像路程、速度等也是时间的函数一 样；
若作用在质点上冲量一定，质量小的质点速度变化就大，而质量大的质点速度变化小， 因为冲量一定，他们的动量变化必须相同，如图1所示；这就很好地概括了不同物体 的运动特征，因此动量能更准确地反映物体的运动状态。
如果有多个质点组成的质点系，那么我们把外界对系统内质点的作用力叫做外力，把 系统内质点间的相互作用力叫做内力，如图2所示，假如作用在系统内两个质点的外 力分别为F1、F2，两个质点之间的相互作用力分别F12、F21，根据动量定理，在 (t1,t2)时间内，对质点1有∫(F1+F12)dt = m1(v1-v10),对质点2有∫(F2+F21)dt = m2(v2-v20),将两个等式相加，然后由牛顿第三定律可以得出∫(F1+F2)dt = (m1v1+m2v2)-(m1v10+m2v20),这就是质点系的动量定理，它表示作用于系统的合 外力的冲量等于系统动量的增量。
如果在某段时间(t1,t2)内对函数F(t)进行积分，我们知道结果大小肯定是一个数值， 我们把这个积分结果叫做冲量，用字母I表示，而等式右边的结果显然是质点动量的变 化，即m(v2-v1)，于是把∫Fdt = m(v2-v1)叫做质点的动量定理。一般情况下，冲量 的方向与质点的动量变化方向相同。
从动量定理的表达式可以看出，当力F是恒力时，质点的加速度大小一定是不发生变 化的；当力F是变力时，加速度发生变化，但是不管是哪种情况，质点的速度一定会 发生变化，也就是动量发生变化；
卫星姿态调整工作原理
卫星姿态调整工作原理嗨，小伙伴们！今天咱们来唠唠卫星姿态调整这个超酷的事儿。
卫星在太空中那可是肩负着好多重要任务呢，就像一个超级小能手在宇宙里工作。
但是要想好好工作，它得把自己的姿态调整得妥妥当当的。
这就好比一个人要做好一件事，得先把自己的姿势摆对啦。
卫星姿态调整的原理呀，有好多好玩的东西在里面。
咱们先说说反作用轮这个小机灵鬼吧。
想象一下，卫星就像一个在太空里旋转的小陀螺。
反作用轮呢，就像是卫星身上的小砝码。
当反作用轮开始快速转动的时候，根据角动量守恒定律，卫星就会朝着相反的方向转动起来。
这就好像你在一个很滑的冰面上，你手里拿着一个小风扇，风扇往一个方向吹，你就会往相反的方向滑。
反作用轮就像那个小风扇，不过它是在卫星的小世界里发挥着神奇的作用。
比如说，卫星要把镜头对准地球上的某个美丽的地方，就可以让反作用轮转起来，让卫星慢慢调整到合适的角度，这样就能拍到超级清晰的画面啦。
还有磁力矩器这个家伙呢。
地球可是有磁场的，就像一个巨大的隐形磁铁。
磁力矩器就利用这个地球磁场来给卫星调整姿态。
卫星就像是一个小磁针，磁力矩器可以通过控制自身的磁场，和地球的磁场相互作用。
这就像两个小伙伴在互相拉扯，不过这种拉扯是很有秩序的，能让卫星乖乖地调整到想要的姿态。
就好比你在一个有磁力的玩具世界里，你可以利用磁力来让小物件移动到正确的位置，磁力矩器对卫星来说就是这样一个聪明的小助手。
喷气推进也是卫星姿态调整的一种方式哦。
卫星上带着一些小的喷气装置，当这些喷气装置往外喷气的时候，就像火箭发射一样，会产生反作用力。
这个反作用力就能推动卫星改变姿态啦。
不过这个可不能随便乱喷，得精确地计算好喷多少气，往哪个方向喷。
这就像你在玩一个吹泡泡的游戏，你得控制好吹气的力度和方向，才能让泡泡飞到你想要的地方。
卫星也是一样，要精确地控制喷气，才能准确地调整姿态，不然就可能偏离轨道或者不能很好地完成任务啦。
卫星姿态调整可不容易呢，这背后有好多科学家和工程师在默默努力。
卫星变轨是如何实现的原理
卫星变轨是如何实现的原理
卫星变轨实现的原理主要有以下几种方法：
1. 推进剂变轨：卫星上搭载了推进剂系统，通过喷出推进剂产生的反冲力来改变卫星的速度和轨道高度。
这种方法需要消耗大量的推进剂，通常用于低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)的卫星，如通信卫星、气象卫星等。
2. 重力助推：利用地球或其他行星的重力场，使得卫星通过近距离接近行星的引力效应而改变轨道，实现变轨效果。
这种方法通常用于太阳同步轨道(Sun-Synchronous Orbit, SSO)的卫星，如地球观测卫星、环境监测卫星等。
3. 帆板变轨：卫星上搭载帆翼或帆板，通过光子的动量传递产生微小的推力，从而改变卫星的速度和轨道。
这种方法通常用于太阳同步轨道
(Sun-Synchronous Orbit, SSO)的卫星。
4. 刹车燃烧：对于太阳同步轨道(Sun-Synchronous Orbit, SSO)的卫星，为了实现卫星的再入大气层并最终坠入海洋的安全处置，需要进行刹车燃烧。
刹车燃烧通过点火推进剂，产生反向推力，使得卫星进入大气层并逐渐降低速度和轨道高度。
这些方法可以单独使用或者结合使用，根据卫星的任务需求和目标轨道来确定使用哪种方法。
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第19点 卫星轨道调整的原理剖析
1．人造卫星沿圆轨道和椭圆轨道运行的条件
图1
当卫星与火箭分离时，设卫星的速度为v (此即为发射速度)，卫星距离地心为r ，并设此
时速度与万有引力垂直(通过地面控制可以实现)，如图1所示，则万有引力F ＝G Mm r 2，若卫星以速度v 绕地球做圆周运动，则所需要的向心力为：F 向＝m v 2r
. (1)当F ＝F 向时，卫星将做圆周运动．若此时刚好是离地面最近的轨道，则可求出此时的发射速度v ＝7.9 km/s.
(2)当F <F 向时，卫星将做离心运动，沿椭圆轨道运动．
(3)当F >F 向时，卫星在引力作用下，向地心做椭圆运动，若此时发生在最近轨道，则v <7.9 km/s ，卫星将坠入大气层烧毁．
因此，星、箭分离时的速度是决定卫星运行轨道的主要条件．
图2
2．人造卫星的轨道调整
如图2所示，以卫星从近地圆轨道Ⅰ变轨到远地圆轨道Ⅲ为例加以分析．
在圆轨道Ⅰ稳定运行时满足F A ＝m v 2A r A
(F A 为卫星在A 点受到的地球引力，r A 为A 到地心的距离)．若在A 点提高速度(卫星自带推进器可完成这个任务)为v A ′会有F A <m v A ′2
r A ，则卫星做离心运动，将在椭圆轨道Ⅱ上运动，若不再通过推进器改变速度，则会一直在
椭圆轨道Ⅱ上运动．当卫星到达B 点时有F B >m v 2B r B
.若要使卫星在圆轨道Ⅲ上运行，则必
须在B 点再次提速．
由此可以看出，卫星由低轨道变到高轨道必须在适当的位置提速，同理，由高轨道变到低轨道必须在适当的位置减速．
图3
对点例题 如图3为我国某卫星返回地面的过程，卫星在A 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B 为轨道Ⅱ上的一点．关于卫星的运动，下列说法中正确的有( )
A ．在轨道Ⅱ上经过A 的速度大于经过
B 的速度
B ．在轨道Ⅱ上经过A 的速度大于在轨道Ⅰ上经过A 的速度
C ．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D ．在轨道Ⅱ上经过A 的向心加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的向心加速度
解题指导 卫星在椭圆轨道上运动，距地球越近，速度越大，A 错误．卫星在轨道Ⅰ经A 点时减速才能过渡到轨道Ⅱ，所以在轨道Ⅰ上经过A 点的速度大于在轨道Ⅱ上经过A 点的速度，B 错误．由开普勒第三定律知，卫星在轨道Ⅱ上的周期小于在轨道Ⅰ上的，
C 正确．由万有引力提供卫星运动的向心加速度GMm r 2＝ma 知，向心加速度仅与间距有关，
D 错误．
答案 C
图4
我国某同步卫星在发射过程中经过四次变轨进入同步轨道．如图4为第四次变轨的示意图，卫星先沿椭圆轨道Ⅰ飞行，后在远地点P 处实现变轨，由椭圆轨道Ⅰ进入同步轨道Ⅱ，则该卫星( )
A ．在轨道Ⅱ上的周期比地球自转周期大
B ．在轨道Ⅱ上的加速度比在轨道Ⅰ上任意一点的加速度大
C ．在轨道Ⅰ上经过P 点的速度比在轨道Ⅱ上经过P 点的速度小
D．在轨道Ⅱ上的速度比在轨道Ⅰ上任意一点的速度大
答案 C
解析轨道Ⅱ是同步轨道，周期等于地球的自转周期，故A错误；在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上经过P点时所受的万有引力相等，所以加速度相等，故B错误．在轨道Ⅰ上的P点速度较小，万有引力大于所需的向心力，会做近心运动，要想进入圆轨道Ⅱ，需加速，使万有引力等于所需要的向心力．所以在轨道Ⅰ经过P点的速度小于在轨道Ⅱ上经过P点时的速度，故C正确，D错误．。