人造天体(卫星)的运动
专题：人造天体(卫星)的运动
万有引力及应用：与牛二及运动学公式
1思路(基本方法)：卫星或天体的运动看成匀速圆周运动, F 心=F 万 (类似原子模型)
2方法：F 引=G 2r
Mm
= F 心= m a 心= m ωm R v =2 2 R 地面附近：G
2R
Mm
= mg ⇒GM=gR 2 (黄金代换式) 轨道上正常转：G 2r
Mm
= m R v 2 ⇒ r
GM
v =
【讨论(v 或E K )与r 关系，r 最小
时为地球半径，
v 第一宇宙=7.9km/s (最大的运行速度、最小的发射速度)；T 最小=84.8min=1.4h 】
G 2r Mm =m 2ωr = m r T 224π ⇒ M=2324GT r π ⇒ T 2=2
324gR r π⇒ 2T 3G πρ=
（M=
ρV
球
=ρ
π3
4
r 3） s 球面=4πr 2 s=πr 2 (光的垂直有效面接收，球体推进辐射) s 球冠
=2πRh
3理解近地卫星：来历、意义 万有引力≈重力=向心力、 r 最小时为地球半径、 最大的运行速度=v 第一宇宙=7.9km/s (最小的发射速度)；T 最小=84.8min=1.4h 4同步卫星几个一定：三颗可实现全球通讯(南北极有盲区)
轨道为赤道平面 T=24h=86400s 离地高h=3.56ｘ104km(为地球半径的5.6倍) V=3.08km/s ﹤V 第一宇宙=7.9km/s ω=15o
/h (地理上时区) a=0.23m/s 2
5运行速度与发射速度的区别 6卫星的能量：(类似原子模型)
r 增⇒v 减小(E K 减小<E p 增加),所以 E 总增加;需克服引力做功越多,地面上需要的发射速度越大
7. 应该熟记常识：地球公转周期1年, 自转周期1天=24小时=86400s, 地球表面半径6.4ｘ103km 表面重力加速度g=9.8 m/s 2 月球公转周期30天
一、卫星的绕行角速度、周期与高度的关系
（1）由()
()
22
mM
v G
m r h r h =++，得v =h ↑，v ↓
（2）由G
()
2
h r mM
+=m ω2（r+h ），得ω=
()
3
h r GM
+，∴当h ↑，ω↓
（3）由G ()2
h r mM
+()224m r h T π=+，得T=()GM h r 3
24+π ∴当h ↑，T ↑
二、三种宇宙速度：
① 第一宇宙速度（环绕速度）：v 1=7.9km/s ，人造地球卫星的最小发射速度。
也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度。
② 第二宇宙速度（脱离速度）：v 2=11.2km/s ，使卫星挣脱地球引力束缚的最小发射速度。
③ 第三宇宙速度（逃逸速度）：v 3=16.7km/s ，使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
三、第一宇宙速度的计算．
方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力． G
()2
h r mM
+=m ()h r v +2，v=h
r GM
+。
当h ↑，v ↓，所以在地球表面附近卫星的速度是它运行的最大速度。
其
大小为r ＞＞h （地面附近）时，1V =
．9×103m/s 方法二：在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．
()
2
1v mg m
r h =+．当r ＞＞h 时．g h ≈g 所以v 1＝gr =7．9×103m/s
第一宇宙速度是在地面附近h ＜＜r ，卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度．
四、两种最常见的卫星 ⑴近地卫星。
近地卫星的轨道半径r 可以近似地认为等于地球半径R ，由式②可得其线速度大小为v 1=7.9×103m/s ；由式③可得其周期为T =5.06×103s=84min 。
由②、③式可知，它们分别是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大线速度和最小周期。
神舟号飞船的运行轨道离地面的高度为340km ，线速度约7.6km/s ，周期约90min 。
⑵同步卫星。
“同步”的含义就是和地球保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期，即T =24h 。
由式G
()2
h r mM
+=m ()h r v +2= m 22
4T
π（r+h ）可得，同步卫星离地面高度为 h ＝322
4πGMT －r ＝3·58×107 m 即其轨道半径是唯一确定的离地面的高度h =3.6×104km ，而且该轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致即由西向东。
如果仅与地球自转周期相同而不定点于赤道上空，该卫星就不能与地面保持相对静止。
因为卫星轨道所在平面必然和地球绕日公转轨道平面重合，同步卫星的线速度 v=
h
r GM
+=3.07×103m/s 通讯卫星可以实现全球的电视转播，从图可知，如果能发射三颗相对地面静止的卫星（即同步卫星）
并相互联网，即可覆盖全球的每个角落。
由于通讯卫星都必须位于赤道上空3.6×107m 处，各卫星之间又不能相距太近，所以，通讯卫星的总数是有限的。
设想在赤道所在平面内，以地球中心为圆心隔50放置一颗通讯卫星，全球通讯卫星的总数应为72个。
五.了解不同高度的卫星飞行速度及周期的数据
卫星飞行速度及周期仅由距地高度决定与质量无关。
设卫星距地面高度为h ，地球半径为R ，地球质量为M ，卫星飞行速度为v ，则由万有引力充当向心力可得v=½。
知道了卫星距离地面的高度，就可确定卫星飞行时的速度大小。
不同高度处人造地球卫星的环绕速度及周期见下表：
六、卫星的超重和失重
（1）卫星进入轨道前加速过程，卫星上物体超重．(2)卫星进入轨道后正常运转时，卫星上物体完全失重． 七、人造天体在运动过程中的能量关系
当人造天体具有较大的动能时，它将上升到较高的轨道运动，而在较高轨道上运动的人造天体却具有较小的动能。
反之，如果人造天体在运动中动能减小，它的轨道半径将减小，在这一过程中，因引力对其做正功，故导致其动能将增大。
同样质量的卫星在不同高度轨道上的机械能不同。
其中卫星的动能为r
GMm E K 2=，由于重力加速度g 随高
度增大而减小，所以重力势能不能再用E k =mgh 计算，而要用到公式r
GMm
E P -
=（以无穷远处引力势能为零，M 为地球质量，m 为卫星质量，r 为卫星轨道半径。
由于从无穷远向地球移动过程中万有引力做正功，
所以系统势能减小，为负。
）因此机械能为r
GMm
E 2-
=。
同样质量的卫星，轨道半径越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难。
八、相关材料
I ．人造卫星做圆轨道和椭圆轨道运行的讨论
当火箭与卫星分离时，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）如图所示，则2
Mm
F G
r =万
，若卫星以v 绕地球做圆周运动，则所需要的向心力为：F 向＝2
v m r
① 当F 万=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万＜F向时，卫星将做离心运动，做椭圆运动，远离地球时引力做负功，卫星动能转化为引力势能．（神州五号即属于此种情况）
③当F万＞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，卫星将坠人大气层烧毁。
因此：星箭分离时的速度是决定卫星运行轨道的主要条件．
2.人造卫星如何变轨
卫星从椭圆轨道变到圆轨道或从圆轨道变到椭圆轨道是卫星技术的一个重要方面，卫星定轨和返回都要用到这个技术．
以卫星从椭圆远点变到圆轨道为例加以分析：如图所示，在轨道A点，万有引力F A＞
2
v
m
r
，要使卫
星改做圆周运动，必须满足F A＝
2
v
m
r
和F A⊥v，在远点已满足了F A⊥v的条件，所以只需增大速度，让速
度增大到
2
v
m
r
＝F A，这个任务由卫星自带的推进器完成．
这说明人造卫星要从椭圆轨道变到大圆轨道，只要在椭圆轨道的远点由推进器加速，当速度达到沿圆轨道所需的速度，人造卫星就不再沿椭圆轨道运动而转到大圆轨道．“神州五号”就是通过这种技术变轨的，地球同步卫星也是通过这种技术定点于同步轨道上的．
1、处理人造天体问题的基本思路
由于运行中的人造天体，万有引力全部提供人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力，因此所有的人造地球卫星的轨道圆心都在地心．解关于人造卫星问题的基本思路：①视为匀速圆周运动处理；②万有引力充当向心力；③根据已知条件选择向心加速度的表达式便于计算；④利用代换式gR2=GM推导化简运算过程。
注意：①人造卫星的轨道半径与它的高度不同．②离地面不同高度，重力加速度不同，
说明：可以看出，绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的轨道半径r、线速度大小v和周期T是一一对应的，其中一个量确定后，另外两个量也就唯一确定了。
离地面越高的人造卫星，线速度越小而周期越大。
卫星 原理
卫星原理
卫星是指在空间中运行的人造天体，其原理基于以下几个方面：
1. 轨道运行原理：卫星利用地球引力将其拉向地球，同时以足够的速度绕地球进行匀速运动。
根据卫星所需的任务和应用需求，可以选择不同类型的轨道，如地球同步轨道、低地球轨道或者极轨道等。
2. 通信原理：卫星作为一个通信中继站，其中最常见的类型是通信卫星。
通信卫星将信号从发射地点接收，经过信号处理和频率转换后，再重新发射到目标地点。
这样可以实现遥远地区之间的通信，并覆盖大范围的地理区域。
3. 探测原理：卫星可以携带各种探测设备，如摄影机、观测仪器、雷达等，用于进行地球观测、天文观测、地质勘探等科学研究。
这些设备可以通过卫星的高高度和广覆盖范围来获取全球范围内的数据，并提供多角度、多时间点的观测能力。
4. 导航原理：全球定位系统（GPS）是一种卫星导航系统，利
用多颗卫星组成的卫星网络，通过卫星与接收器之间的信号交互，测量接收器的精确位置和时间。
通过计算多个卫星信号之间的时间差，可以确定接收器所处的位置，实现精确的导航和定位功能。
总的来说，卫星通过利用地球引力、运用通信、探测、导航等原理，可以实现多种功能和应用，从而在现代技术和科学领域发挥重要作用。
卫星圆周运动公式
卫星圆周运动公式卫星圆周运动公式描述了卫星在绕地球运动中所遵循的轨迹和速度变化规律。
本文将从地球卫星的概念入手，介绍卫星圆周运动的特征和公式推导，并探讨卫星圆周运动的应用。
地球卫星的概念地球卫星是指绕地球运动的天体，包括自然卫星和人造卫星。
自然卫星指的是月球，而人造卫星则是人类发射到太空中，绕地球运动的人造天体。
卫星可以以不同的轨道运动，常见的轨道有圆形轨道、椭圆轨道和同步轨道等。
圆周运动的特征圆周运动是指物体在绕着一个固定点或轴旋转时所遵循的运动轨迹为圆形的运动方式。
卫星圆周运动的特征主要有以下几点：1.轨道半径：卫星绕地球运动的轨道半径是一个恒定值，即圆心到卫星的距离。
轨道半径决定了卫星绕地球运动的圆周的尺寸大小。
2.周期：卫星圆周运动的周期是其绕地球一周所花费的时间，即卫星绕地球一圈的时间。
周期也是一个恒定值，与轨道半径相关。
周期长短会影响卫星的运动轨迹。
3.线速度：卫星绕地球运动的速度是线速度，它是指卫星在圆周运动中单位时间内通过的路程，为圆周长与周期之比。
在圆周运动中，线速度是恒定的。
卫星圆周运动公式的推导卫星圆周运动公式是通过对卫星运动轨迹和速度变化规律的分析，得出的描述卫星圆周运动的数学模型。
根据牛顿第二定律和万有引力定律可推导出以下卫星圆周运动公式：F = maF = GmM/r²由上述公式可得到以下公式：a = GM/r²v = 2πr/TF：受力，单位为牛。
m：卫星质量，单位为千克。
a：卫星圆周运动的加速度，单位为米/秒²。
G：万有引力常量，单位为牛•米²/千克²。
M：地球质量，单位为千克。
r：卫星绕地运动的轨道半径，单位为米。
T：卫星圆周运动的周期，单位为秒。
v：卫星圆周运动的线速度，单位为米/秒。
卫星圆周运动公式的应用卫星圆周运动公式在许多领域都有应用，以下是其中的几个方面：1.卫星通讯：卫星通讯是指通过卫星传输信号进行通讯，圆周运动公式可用于计算卫星通讯的时间和速度。
人造卫星的原理
人造卫星的原理人造卫星是一种由人类制造并送入地球轨道的人造天体，它可以用来进行通信、导航、气象监测等多种用途。
人造卫星的原理主要包括发射、轨道、通信和能源等方面。
首先，人造卫星的原理之一是发射。
发射是指将卫星送入地球轨道的过程，通常通过火箭将卫星送入太空。
在发射过程中，需要克服地球引力和大气阻力，以确保卫星能够进入预定的轨道。
因此，发射是人造卫星运行的第一步，也是至关重要的一步。
其次，人造卫星的原理还涉及轨道。
轨道是指卫星在地球周围运行的路径，通常有不同的轨道类型，如地球同步轨道、低地球轨道等。
不同的轨道类型适用于不同的应用场景，如通信卫星通常采用地球同步轨道，而气象卫星通常采用低地球轨道。
通过合理选择轨道类型，可以更好地满足卫星的使用需求。
另外，人造卫星的原理还包括通信。
通信是卫星的重要功能之一，它可以通过天线接收地面发来的信号，并将其转发到其他地区。
这样就实现了遥远地区之间的通信，为人类社会的发展提供了便利。
同时，卫星通信还可以覆盖地面范围广阔，无需铺设大量的通信线路，因此在一些偏远地区具有很大的优势。
最后，人造卫星的原理还涉及能源。
卫星通常需要能源来维持其正常运行，例如提供电力来驱动设备和维持通信等功能。
因此，卫星通常携带太阳能电池板，通过太阳能转换为电能来提供能源。
在没有太阳能的情况下，还需要携带储能设备，如电池组，以确保卫星能够持续运行。
综上所述，人造卫星的原理涉及发射、轨道、通信和能源等多个方面，这些原理相互作用，共同确保卫星能够正常运行并发挥其作用。
人造卫星的发展不仅促进了人类社会的进步，也为我们对宇宙和地球的认识提供了重要的数据支持。
随着科技的不断进步，相信人造卫星将发挥更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
卫星运动规律211天体运动三定律第一卫星运行的轨道是一个圆锥
卫星运动规律2.1.1 天体运动三定律第一,卫星运行的轨道是一个圆锥曲线(圆,椭圆,抛物线)e是偏心率,e=c/a,a是半长轴,c是焦距,太阳在其中的一个焦点上.e=0是圆轨道e1是双曲线轨道对于本文卫星遥感,轨道有e<1.第二,卫星的矢径在相等的时间内在地球周围扫过的面积相等h是一常数,是卫星角速度.对于椭圆轨道,在远地点,r最大,卫星角速度最小,近地点卫星角速度最大.卫星在轨道上面速度第三,卫星轨道周期的平方与轨道半长轴的立方成正比2.1.2 卫星发射速度卫星作为一个人造天体,服从天体运动规律.当卫星在绕地圆轨道上面运行时,假设轨道半径等于地球半径,a=r=Re此时,V1=7.912km/s,称为第一宇宙速度,它是地面的物体脱离地面的最小速度.若卫星速度继续加大,则卫星将绕椭圆轨道运行,当卫星入轨速度大到一定程度,卫星将脱离地球引力场,变成一颗行星,其轨道也将变成双曲线.此时,a,带入卫星轨道速度公式,,V2=11.2km/s,称为第二宇宙速度.若卫星的入轨速度大宇第二宇宙速度,则卫星将脱离地球成为一颗绕太阳系的行星.当卫星的入轨速度再加大到一定程度甚至可以脱离太阳系,此时速度称为第三宇宙速度V3=16.9km/s.显然,作为实现对地观测为目的的地球遥感卫星,它的轨道应该是椭圆轨道或者圆轨道.《航空航天科学技术-P42》§2.2 卫星轨道2.2.1 卫星轨道参数通常使用天球坐标和地理坐标系来描述卫星在空间的位置和运行规律.天球坐标系:地心为中心,天赤道为基本圈,春分点为原点.天球上面任一点用赤经和赤纬表示.赤经以春分点为起点,反时针方向量度,范围0-360度.赤纬以天赤道为0度,向南北两极为90°.天球坐标系不随地球自转而变.在天球坐标系内,描述轨道参数如下:a 倾角i:轨道平面与赤道平面的夹角,度量以轨道的上升段为准,从赤道平面反时针旋转到轨道平面的角度.b 升交点赤经:卫星有南半球飞往北半球那一段称为轨道的上升段,由北半球飞往南半球的那一段称为下降段.卫星轨道的升段与赤道平面的交点称为升交点.轨道降段与赤道平面的交点称为降交点.升交点的位置用赤经表示,它表示轨道平面的位置,也表示了轨道平面相对太阳的取向.c近地点角:指轨道平面内升交点和近地点与地心连线的夹角,表示了轨道半长轴的取向.d 轨道半长轴:轨道半长轴决定了卫星轨道的周期.e 偏心率e:确定了卫星轨道的形状.地理坐标系中的轨道参数卫星地面接收站在计算卫星轨道,对资料定位时,大多使用地理坐标系.卫星的位置用地球上面的经纬度表示,这种坐标系经度以英国格林威治天文台的子午线为0°,向东到180°为东经,向西到180°为西经,其纬度以赤道为0°,至南北两极为90°,赤道以南是南纬,赤道以北是北纬.A 星下点:卫星与地球中心连线在地球表面的交点成为星下点.由于卫星的运动和地球自转,星下点在地球表面形成了一条连续的轨迹(星下轨迹).B 升交点和降交点:其意义与天球坐标系内一样,只是用地理坐标系中的经纬度表示.由于地理坐标系随地球自转而自转,但是卫星轨道不随地球自转而转动,所以每条卫星轨道的升交点和降交点是不同的.C 截距:由于卫星绕地球公转的同时,地球不停地自西向东旋转.所以卫星绕地球转一周后,地球相对卫星要转过一定的度数,这个度数称为截距.所以,截距是连续两次升交点之间的经度数.由于地球自转一周需要24小时,所以每小时转过15°.如果把地球看成是不动的,则卫星轨道相对地球每小时向西偏移15°.因而截距与周期的关系是:L=T×15°/小时.利用截距也能由某条轨道的升交点经度预测下一条轨道升交点的经度,n+1=nL,西经取"+",东经取"-"D 轨道数:卫星从发射到第一个升交点的轨道数规定为第零条,以后每过一个升交点,轨道数增加"1".2.2.2 常用的几种卫星轨道卫星遥感普通采用的轨道主要有极地轨道,太阳同步轨道和静止轨道.极地轨道轨道倾角接近90°,卫星从极地上空经过,因此可以探测南北两极地区.太阳同步轨道中卫星始终保持与太阳相同的取向,可以保证卫星上面的太阳能电池有充分的照明.静止轨道卫星相对于局地来说是静止不动的,因此可以进行时间连续观测.另外,就卫星轨道的高度和研究中为了获得合乎需要的数据,必须精心设计卫星轨道.比如,如果为了观测热带地区,卫星轨道的倾角应该较小,反之,如果为了观测到极区,应该选择大倾角轨道.在卫星观测中,特别是气象卫星观测中两类轨道尤其重要.A 近极地太阳同步轨道卫星轨道平面与太阳始终保持相对固定的取向.这种卫星轨道的倾角接近90°,卫星要在极地附近通过,有时候又称为近极地太阳同步轨道.卫星几乎在同一地方时经过各地上空.轨道平面随地球公转的同时,为了保持与太阳的固定取向,每天要自西向东作大约1°的转动.太阳同步轨道的特点:轨道近似为圆形,轨道预告,资料接收和资料定位都方便;可以观测全球,尤其可以观测两地极地区,观测时有合适的照明,可以得到充足的太阳能.虽然可以观测全球,但是观测间隔长,对某一地区,一颗卫星在红外波段可以取得两次资料,但是可见光波段只能取得一次资料.为了提高观测次数,只能增加卫星的数目.由于观测数目少,不利于分析变化快,生命短的小尺度过程,而且相邻两条轨道的资料也不是同一时刻的.地球同步轨道卫星轨道的倾角等于0°,并且卫星以等同于地球自转的周期且与地球自转方向相同的方向运行,这样的轨道称为地球同步轨道.由于卫星相对地面好像静止的一样,这样的轨道也称为静止轨道.由地球周期23小时56分04秒,以及卫星在轨道平面上面运动,可以计算卫星的高度:H=35860km,其速度V=3.07km/s.同步轨道的特点卫星高度高,视野广阔,一个静止卫星可以对地球南北70°,东西140个经度,约占地球表面1/3的面积进行观测.静止卫星可以对某一区域进行连续观测或者监测,有助于分析一些变化快,生命短的过程.然而,静止卫星不能观测南北两极地区,而且由于卫星离地面较高,为了得到较高的空间分辨率,对观测仪器的要求较高.由于卫星蚀(太阳地球和人造卫星成一直线)的原因,卫星上面必须有蓄电池以备卫星蚀期间太阳能电池不能工作时继续提供让卫星工作的电力.卫星轨道视要求可以采用其他的卫星轨道.总之,低轨道可以获得较大的图像分辨率,而高轨道卫星可以获得大覆盖范围内的图像.由于大气磨擦的因素,低轨道卫星的寿命通常较短,相比而言,高轨道卫星通常都设计成长寿命的.§2.3 卫星技术2.3.1 卫星发射将卫星从地面送到绕地的空间轨道的过程称为卫星发射.一般使用多极助推火箭来完成卫星发射任务,发射一般要经过以下几段:首先是垂直上升段,使得卫星脱离稠密的大气层,其次是转弯段,卫星在制导系统的控制下转弯,目的将火箭引向预定的轨道方向(转移轨道),并进入自由飞行阶段,此时火箭主要在惯性的作用下在转移轨道上飞行.最后,当卫星在转移轨道上面达到预定的高度和速度时候,卫星上的助推火箭再次点火,最后到达预定轨道应该具有的高度,速度和方向时,星箭分离,卫星入轨.关于卫星发射的具体细节,请参考有关资料.2.3.2 卫星姿态卫星作为遥感平台,它的姿态稳定性是遥感观测的基础.对地观测要求仪器视场指向某个固定的方向,因此需要对卫星姿态进行控制.通讯卫星自旋稳定图(1)自旋稳定.卫星在太空中绕自身对称轴以一定角速度旋转,卫星角动量守恒,卫星自转轴始终保持不变(陀螺原理).早期的泰罗斯卫星采用平动式自选稳定,卫星自旋轴在空间平动,仪器装在卫星的底部,因此在卫星旋转一周时间内只有部分时间取得资料.以后的艾萨卫星和静止卫星采用了滚轮式自旋稳定,自旋轴与轨道平面垂直,仪器装在卫星侧面,当仪器转到朝向地面时进行观测,卫星能在整个周期内获得资料.(2)三轴定向稳定是卫星在三个方向都保持稳定.这三个方向是(a)俯仰轴,与轨道平面垂直,控制卫星的上下摆动,(b)横滚轴,平行于卫星轨道平面且与轨道方向一致,控制卫星左右摆动,(c)偏航轴,指向地心,控制卫星沿轨道方向运行.在卫星绕地球转道一圈中,偏航轴与横滚轴方向要改变360°才能保持卫星姿态稳定.(3)姿态调整.卫星在轨道上面长期运行会出现轨道漂移.为了对卫星轨道进行修正,在卫星上面都装有轨道修正的气体喷射推进系统,通过喷气产生反作用力达到轨道修正的目的.2.3.3 卫星电源卫星上面的工作仪器需要电能才能工作.早期的卫星一般用蓄电池,但是其储存的能量有限,短期内就会用完.一旦卫星上面的能量用完,卫星就要停止工作.由于太阳能取之不尽用之不竭,故目前大多数卫星都采用太阳能电池.对于静止轨道卫星,还要考虑卫星蚀期间卫星的能源供应问题.卫星的能源供应能力是搭载遥感仪器时必须考虑的问题.2.3.4 通讯系统卫星通讯系统是卫星体系的一个重要组成部分.传感器获得的观测资料要依赖卫星上面的通讯系统收集,传输到地面资料中心,同时控制卫星工作的各种指令也依赖通讯系统发送.2.3.5卫星的结构和形状卫星在空间飞行,在飞行期间获得必要的能源,因此大多数卫星都有一对大的太阳能感光板,就像鸟的翅膀.考虑到卫星在太空的姿态稳定问题,通常卫星结构都具有某种轴对称性.考虑到发射火箭的载荷能力,卫星材料都用高强度,轻质量材料,在满足强度要求的同时尽可能减轻自身的重量,以便提供搭载尽可能多负载的能力.2.3.6 轨道摄动与轨道维护作用在卫星上的力除l了地球引力外,还有其他各种力.它们是地球的非球形引力,大气阻力,日,月和其他天体引力,太阳光压和电磁力等.这些力叫摄动力(perturbation force).摄动力和地球引力相比虽然很小,但仍然会使卫星偏离开普勒轨道.因此,摄动力为零时,6个轨道要素为常数,卫星运动轨道为开普勒轨道;摄动力不为零时,轨道要素是随时间变化的变量.为了使轨道保持在设计允许的范围内,必须对卫星施以外力(比如星上备有推力火箭),克服摄动力.实现轨道保持.有时候出于某种目的(比如尽可能延长卫星的使用寿命),需要对卫星运行轨道进行变更.同样这需要借助卫星上面配备的助推火箭来实现这一目的.2.3.7 卫星技术的发展趋势纳米级的电子元器件,微米以至纳米级的微机电装置,星上信息处理技术,星间激光信技术,超轻型材料和充气式结构,高效太阳能空间电源系统和电推进系统等,将推动卫星技术进入一个崭新的时代高强度轻型材料的发展,可以大幅度地降低结构重量,大大提高有效载荷重量;电路的高度集成化和微处理器执行指令速度的大大提高,电子系统的体积,重量和能耗都会大大下降高效太阳能空间电源系统有望使得能源供应容量成倍提高.。
人造卫星原理
人造卫星原理人造卫星是由人类制造并送入地球轨道的一种人造天体，它可以用来进行通讯、导航、气象观测等多种用途。
人造卫星的原理是基于牛顿力学和开普勒定律的基础上，通过发射器将卫星送入地球轨道，并通过推进器进行定位和调整轨道，从而实现其功能。
下面将详细介绍人造卫星的原理。
首先，人造卫星的发射器是将卫星送入地球轨道的关键设备。
发射器通常是由火箭组成，通过火箭的推进力将卫星送入预定轨道。
在发射过程中，需要考虑到地球的引力、大气层的阻力等因素，确保卫星能够顺利进入轨道。
一旦卫星进入轨道，它将按照开普勒定律绕地球运行，实现其预定的任务。
其次，人造卫星的推进器是用来调整卫星轨道和位置的重要装置。
推进器可以通过喷射推进剂来改变卫星的速度和轨道，从而实现对卫星位置的调整。
这种调整可以使卫星保持在所需的轨道上，或者改变轨道以适应不同的任务需求。
推进器的设计和使用需要考虑到推进剂的储备、喷射方向的控制等因素，以确保卫星能够按照预定计划运行。
最后，人造卫星的功能是基于其特定的载荷和设备来实现的。
不同类型的卫星具有不同的功能，比如通讯卫星可以实现地面通讯信号的传输，导航卫星可以提供精准的定位和导航服务，气象卫星可以进行大气层的观测和预测等。
这些功能需要通过卫星上的各种设备和载荷来实现，比如天线、摄像头、传感器等。
这些设备需要与卫星的能源系统、通讯系统等配合工作，以实现卫星的功能。
综上所述，人造卫星的原理是基于发射器将卫星送入地球轨道，通过推进器进行轨道调整，以及利用载荷和设备实现其功能。
这些原理是卫星能够在轨道上稳定运行，并实现各种任务的基础，也是人类利用卫星开展空间活动的重要基础。
希望通过本文的介绍，读者能够对人造卫星的原理有一个清晰的了解。
天体的圆周运动
天体的圆周运动一、天体（卫星）绕中心天体做圆周运动（中心天体质量M , 天体半径R, 天体表面重力加速度g ）1、两个基本关系：（1）．万有引力=向心力 ()m h MmG =+2R ()()()h Tm h m h V +=+=+R 4R R 2222πω （2）．万有引力=重力 地表面物体的重力加速度：mg = G 2R Mm （黄金替换）高空物体的重力加速度：mg 0 = G 2)(h R Mm +2、考点： （1）基本计算（2）卫星间的对比，例如：半径、线速度、角速度、周期、向心加速度大小、向心力大小（3）卫星的变轨问题3、解题思路：（1）建立物理模型，画出草图（2）找出题目给出物理量，如相同量和不同量，一般从轨道半径r 入手（3）灵活选用公式进行分析二、两种特殊的地球卫星：1、近地卫星：指的是贴着地球表面运行的卫星。
特点： 轨道半径最小（等于地球半径），运行线速度最大（等于第一宇宙速度）、角速度最大、周期最小。
2、地球同步卫星 ：指的是运行情况与地球自转同步，即地球自转一圈，卫星也转一圈。
特点： 同步卫星的轨道在赤道正上方，且运行周期T=24h 、角速度W 是固定的。
由公式可得，距离地面高度h 、线速度V 大小、向心加速度a 大小都固定。
因此卫星的运行轨道是唯一的。
但向心力大小是没固定的，因为每颗卫星的质量是不同的。
三、三种宇宙速度1、第一宇宙速度: 卫星贴近地球表面飞行所具有的速度。
大小：由 R v m R Mm G 22= ， mg RMm G =2 代入数据可得：V=7.9 km/s 特点：既是最大环绕速度，也是最小发射速度 （？？）2、第二宇宙速度:脱离地球而飞到其他行星所具有的速度。
V=11.2 km/s3、第三宇宙速度:逃逸出太阳系所具有的速度。
V=16.7 km/s课前练习1、人造卫星进入轨道作匀速圆周运动时，卫星内物体（）A．处于完全失重状态，所受重力为零B．处于完全失重状态，但仍受重力作用C．所受重力就是它作匀速圆周运动所需的向心力D．处于平衡状态，即所受合外力为零2、绕地球运行的人造地球卫星的质量、速度、卫星与地面间距离三者之间的关系是（）A．质量越大，离地面越远，速度越小B．质量越大，离地面越远，速度越大C．与质量无关，离地面越近，速度越大D．与质量无关，离地面越近，速度越小3、关于地球的第一宇宙速度,下列说法中正确的是( )A它是人造地球卫星环绕地球运转的最小速度B它是近地圆行轨道上人造卫星的运行速度C 它是能使卫星进入近地轨道最小发射速度D它是能使卫星进入轨道的最大发射速度巩固练习1、同步卫星相对地面静止，犹如悬在高空中，下列说法中不正确的是：（）A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的速率是唯一的C．同步卫星加速度大小是唯一的D．各国的同步卫星都在同一圆周上运行2、关于地球同步通迅卫星，下列说法正确的是：A．所有的地球同步卫星的质量都相等B．各国发射的这种卫星轨道半径都一样C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D．它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间3、如图三颗人造地球卫星A、B、C在地球的大气层外沿如图所示的轨道做匀速圆周运动，已知m A = m B> m C，则A．线速度大小的关系是v A>v B=v C B．周期关系是T A<T B=T CC．向心力大小的关系是F A>F B>F C D．向心加速度大小的关系是a A>a B>a C4、2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙—2251”卫星和美国的“铱—33”卫星在西伯利亚上空约805 km 处发生碰撞，假定有甲、乙两块碎片绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列正确的A．甲的运行周期一定比乙的长B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大5、火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆。
第四章 第6节 天体运动与人造卫星
第6节 天体运动与人造卫星1．三种宇宙速度2．地球同步卫星的特点[注3](1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。
(2)周期一定：与地球自转周期相同，即T ＝24 h ＝86 400 s 。
(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。
(4)高度一定：据G Mm r 2＝m 4π2T 2r 得r ＝3GMT 24π2≈4.24×104km ，卫星离地面高度h ＝r －R ≈3.6×104 km(为恒量)。
(5)速率一定：运行速度v ＝2πrT ≈3.08 km/s(为恒量)。
(6)绕行方向一定：与地球自转的方向一致。
3．极地卫星和近地卫星[注4](1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s 。
[注解释疑][注1] 第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度。
[注2] 第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系：v 2＝2v 1。
[注3] 地球同步卫星的运行参数都相同，但卫星的质量不一定相同。
[注4] 极地卫星和近地卫星的轨道平面一定通过地球的球心。
[深化理解]1．人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，卫星在其轨道上所受的重力等于万有引力，提供向心力。
2．卫星轨道半径越大，卫星的向心加速度、角速度、线速度越小，周期越大。
3．天体运动和人造卫星问题的实质就是万有引力定律与匀速圆周运动的综合。
[基础自测]一、判断题(1)同步卫星可以定点在北京市的正上方。
(×)(2)不同的同步卫星的质量不同，但离地面的高度是相同的。
(√)(3)第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度。
(×)(4)第一宇宙速度的大小与地球质量有关。
(√)(5)月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s。
(×)(6)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。
天体运动与人造卫星
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【特别注意Leabharlann 卫星的环绕速度随轨道半径增大而减小， 但卫星的发射速度随轨道半径增大而增大．
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如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星 A、 B、 C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直 线上，下列说法中正确的是( )
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C. gR
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【答案】
C
【解析】 设在地球表面飞行的卫星质量为 m，由万有引力 Mm mv 2 Mm 提供向心力得 G 2 ＝ ， 又有 G 2 ＝ mg，解得地球的第一宇宙 R R R 速度为 v1＝ GM ＝ gR ；设该星球的第一宇宙速度为 v′1，根据 R 2M R 1 ＝ ； 结合 GM＝ gR2 知地球的第一宇 M 4R 2
2
km， 卫星离地面高度 h＝ 3.6×104 km，约为地球半径的 6 倍．
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考 点 讲 练
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考点一
第一宇宙速度的计算
计算第一宇宙速度的思路： Mm v2 1．根据 G 2 ＝ m ， v＝ R R v2 2．根据 mg＝ m ， v＝ gR R 3．利用比例关系：在计算其它星球的第一宇宙速度时，通 常利用地球的第一宇宙速度值 7.9 km/s，通过比例关系求解． GM R
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2．卫星运行参量 (a、ω、v、 T)与 r 的关系 GM ma → a ＝ 2 r 2 mv →v＝ GM r GMm r 越高越慢 ＝ r2 mω2r→ ω＝ GM 3 r 4π2 4π2r3 m 2 r→ T＝ T GM
4.5 第5节 天体运动与人造卫星
������������ ������ 2
=m
4π 2 ������
r 得,r= 2
3
������������������ 2 4π 2
=4.23×104 km,卫星离
地面高度 h=r-R≈6R(为恒量 35 786 km)。
(5)绕行方向一定:与地球自转的方向一致。
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-5-
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由题意知卫星运行的轨迹所对圆心角为 120°,即运行了三分之一 A.该卫星与同步卫星的运行半径之比为������������ 1 ∶4 4 π 2 周期 ,用时 1 h,因此卫星的周期 T=3 h,由 G 2 =m 2 r 可得 T∝√������ 3 , ������ ∶2 ������ B.该卫星与同步卫星的运行速度之比为1 又同步卫星的周期 T 同 =24 h,则极地卫星与同步卫星的运行半径之 C.该卫星的运行速度一定大于 7.9 km/s 2 ������������ ������ 1 比为 1∶4,A 正确 ;由 G 2 =m ,可得 v∝ ,故极地卫星与同步卫星 D.该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能
根据三个宇宙速度的意义,可知选项 A、B 错误,选项 C 正确;已知 M
火
=
������地 9
,R 火 =
������地 2
,则
������火 ������地
=
������������火 ������火
∶
������������地 ������地
=
√2 ,选项 3
D 正确。
解析
关闭
CD
答案
基础夯实 考点一 考点二 考点三
→v =
GM r
→v ∝
第四章 第5讲 天体运动与人造卫星
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(5)解题中常用到的重要参数
①第一宇宙速度 v1＝ gR＝ ②地表附近的人造卫星：
GRM＝7.9 km/s.
r＝R＝6 400 km，v 运＝v1，T＝2π Rg＝84.6 min. ③同步卫星：T＝24 h，h＝5.6R＝36 000 km，v＝3.1 km/s.
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考点二 卫星运行参数分析 师生互动型 1．卫星的运行轨道(如图所示)
注意：轨道平面一定通过地球的球心．
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2．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
的线速度，选项 B 正确；“碳卫星”的运行轨道是过地心及地球两极的固定平
面，而地球的经线是随地球不断转动的，则“碳卫星”的运行轨道不可能和地球
某一条经线重合，选项 C 错误；“风云四号”卫星的运行半径大于地球的半径，
则其线速度小于础知识·自主梳理 高频考点·分类突破 学科素养提升 课时作业 章末检测卷
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1．[卫星运行参数的比较] (2018·高考江苏卷)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力
不设断地提球高质，量今为年M5 ，月人9 日造发卫射星的质“量高为分m五，号人”造轨卫道星高做度匀约速为圆7周05运k动m，时之，前根已据运万行有的引“力高
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