人造卫星轨道控制的模拟与实验研究
高一物理必修二第六章 专题强化4 卫星变轨问题和双星问题---学生版
专题强化4 卫星变轨问题和双星问题--学生版[学习目标] 1.会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨的原因和变轨前后卫星速度的变化.2.掌握双星运动的特点，会分析求解双星运动的周期和角速度.一、人造卫星的变轨问题1.变轨问题概述(1)稳定运行卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力，即G Mm r 2＝m v 2r. (2)变轨运行卫星变轨时，先是线速度v 发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r 发生变化.①当卫星减速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2r减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁.②当卫星加速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2r增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁.2.实例分析(1)飞船对接问题飞船与在轨空间站对接先使飞船位于较低轨道上，然后让飞船合理地加速，使飞船沿椭圆轨道做离心运动，追上高轨道飞船完成对接(如图1甲所示).注意：若飞船和空间站在同一轨道上，飞船加速时无法追上空间站，因为飞船加速时，将做离心运动，从而离开这个轨道.通常先使后面的飞船减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度，如图乙.图1(2)同步卫星的发射、变轨问题如图2所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在Q 点点火加速做离心运动进入椭圆轨道2，在P 点点火加速，使其满足GMm r 2＝m v 2r，进入同步圆轨道3做圆周运动.图2例1 (2019·通许县实验中学期末)如图3所示为卫星发射过程的示意图，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，最后再一次点火，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，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是( )图3A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期C.卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率D.卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度针对训练 (多选)(2019·定远育才实验学校期末)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，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，如图4所示.关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )图4A.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于经过B 点的速度B.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于在轨道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 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的加速度二、双星或多星问题1.双星模型(1)如图5所示，宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球，它们离其他星球都较远，其他星球对它们的万有引力可以忽略不计.在这种情况下，它们将围绕其连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动，通常，我们把这样的两个星球称为“双星”.图5(2)双星问题的特点①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周期、角速度相同. ②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供.③两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r 1＋r 2＝L .(3)双星问题的处理方法：双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力，即Gm 1m 2L 2＝m 1ω2r 1，G m 1m 2L2＝m 2ω2r 2. 2.多星系统在宇宙中存在类似于“双星”的系统，如“三星”、“四星”等多星系统，在多星系统中：(1)各个星体做圆周运动的周期、角速度相同.(2)某一星体做圆周运动的向心力是由其他星体对它引力的合力提供的.例2 两个靠得很近的天体，离其他天体非常遥远，它们以其连线上某一点O 为圆心各自做匀速圆周运动，两者的距离保持不变，科学家把这样的两个天体称为“双星”，如图6所示.已知双星的质量分别为m 1和m 2，它们之间的距离为L ，引力常量为G ，求双星的运行轨道半径r 1和r 2及运行周期T .图6例3 宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统，如图7所示，三颗质量均为m 的星位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为L ，忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动，引力常量为G，下列说法正确的是()图7A.每颗星做圆周运动的角速度为Gm L3B.每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关C.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则周期变为原来的2倍D.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则线速度变为原来的4倍1.(卫星变轨问题)(2019·启东中学高一下学期期中)2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播，影片中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程如图8所示，地球在椭圆轨道Ⅰ上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道Ⅱ.在圆形轨道Ⅱ上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚.对于该过程，下列说法正确的是()图8A.沿轨道Ⅰ运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道ⅡB.沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期C.沿轨道Ⅰ运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度D.在轨道Ⅰ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大2.(卫星、飞船的对接问题)如图9所示，我国发射的“神舟十一号”飞船和“天宫二号”空间实验室于2016年10月19日自动交会对接成功.假设对接前“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是( )图9A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接C.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接D.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接3.(双星问题)冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统，冥王星与星体卡戎的质量比约为7∶1，同时绕它们连线上某点O 做匀速圆周运动，由此可知，冥王星绕O 点运动的( )A.轨道半径约为卡戎的17B.角速度大小约为卡戎的17C.线速度大小约为卡戎的7倍D.向心力大小约为卡戎的7倍4.(双星问题)(多选)宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个双星系统.它们以相互间的万有引力彼此提供向心力，从而使它们绕着某一共同的圆心做匀速圆周运动，若已知某双星系统的运转周期为T ，两星到共同圆心的距离分别为R 1和R 2，引力常量为G ，那么下列说法正确的是( )A.这两颗恒星的质量必定相等B.这两颗恒星的质量之和为4π2(R 1＋R 2)3GT 2C.这两颗恒星的质量之比m 1∶m 2＝R 2∶R 1D.其中必有一颗恒星的质量为4π2R 1(R 1＋R 2)2GT 2一、选择题1.(2019·江苏卷)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图1所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G.则()图1A.v1＞v2，v1＝GM rB.v1＞v2，v1＞GM rC.v1＜v2，v1＝GM rD.v1＜v2，v1＞GM r2.(2019·北京市石景山区一模)两个质量不同的天体构成双星系统，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是()A.质量大的天体线速度较大B.质量小的天体角速度较大C.两个天体的向心力大小一定相等D.两个天体的向心加速度大小一定相等3.(2019·定州中学期末)如图2所示，“嫦娥三号”探测器经轨道Ⅰ到达P点后经过调整速度进入圆轨道Ⅱ，再经过调整速度变轨进入椭圆轨道Ⅲ，最后降落到月球表面上.下列说法正确的是()图2A.“嫦娥三号”在地球上的发射速度大于11.2 km/sB.“嫦娥三号”由轨道Ⅰ经过P 点进入轨道Ⅱ时要加速C.“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上经过P 点的速度大于在轨道Ⅱ上经过P 点的速度D.“嫦娥三号”稳定运行时，在轨道Ⅱ上经过P 点的加速度与在轨道Ⅲ上经过P 点的加速度相等4.(多选)如图3所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是( )图3A.b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B.a 加速可能会追上bC.c 加速可追上同一轨道上的b ，b 减速可等到同一轨道上的cD.a 卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，仍做匀速圆周运动，则其线速度将变大5.(2019·杨村一中期末)如图4所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕其连线上的O 点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L ，质量之比为m 1∶m 2＝3∶2，下列说法中正确的是( )图4A.m 1、m 2做圆周运动的线速度之比为3∶2B.m 1、m 2做圆周运动的角速度之比为3∶2C.m 1做圆周运动的半径为25L D.m 2做圆周运动的半径为25L6.(2019·榆树一中期末)如图5所示，我国发射“神舟十号”飞船时，先将飞船发送到一个椭圆轨道上，其近地点M 距地面200 km ，远地点N 距地面340 km.进入该轨道正常运行时，通过M 、N 点时的速率分别是v 1和v 2，加速度大小分别为a 1和a 2.当某次飞船通过N 点时，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km 的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动，这时飞船的速率为v 3，加速度大小为a 3，比较飞船在M 、N 、P 三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率和加速度大小，下列结论正确的是( )图5A.v 1＞v 3＞v 2，a 1＞a 3＞a 2B.v 1＞v 2＞v 3，a 1＞a 2＝a 3C.v 1＞v 2＝v 3，a 1＞a 2＞a 3D.v 1＞v 3＞v 2，a 1＞a 2＝a 37.我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站.如图6所示，关闭发动机的航天飞机仅在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近，并将在椭圆的近月点B 处与空间站对接.已知空间站C 绕月轨道半径为r ，周期为T ，引力常量为G ，月球的半径为R .那么以下选项正确的是( )图6A.月球的质量为4π2r 3GT 2 B.航天飞机到达B 处由椭圆轨道进入空间站圆轨道时必须加速C.航天飞机从A 处到B 处做减速运动D.月球表面的重力加速度为4π2R T 28.(2019·武邑中学调研)某双星由质量不等的星体S 1和S 2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C 做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为T ，S 1到C 点的距离为r 1，S 1和S 2之间的距离为r ，已知引力常量为G ，由此可求出S 2的质量为( )A.4π2r 2(r －r 1)GT 2B.4π2r 13GT 2C.4π2r 3GT2 D.4π2r 2r 1GT 29.(多选)如图7所示，在嫦娥探月工程中，设月球半径为R ，月球表面的重力加速度为g 0.飞船在半径为4R 的圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A 点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B 时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动，忽略月球的自转，则( )图7A.飞船在轨道Ⅲ上的运行速率大于g 0RB.飞船在轨道Ⅰ上的运行速率小于在轨道Ⅱ上B 处的运行速率C.飞船在轨道Ⅰ上的向心加速度小于在轨道Ⅱ上B 处的向心加速度D.飞船在轨道Ⅰ、轨道Ⅲ上运行的周期之比T Ⅰ∶T Ⅲ＝4∶110.双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动.研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化.若某双星系统中两星做匀速圆周运动的周期为T ，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k 倍，两星之间的距离变为原来的n 倍，则此时匀速圆周运动的周期为( )A.n 3k 2T B.n 3k T C.n 2k T D.n kT11.(多选)(2019·雅安中学高一下学期期中)国际研究小组借助于智利的甚大望远镜，观测到了一组双星系统，它们绕两者连线上的某点O 做匀速圆周运动，如图8所示，此双星系统中体积较小成员能“吸食”另一颗体积较大星体表面物质，达到质量转移的目的，被吸食星体的质量远大于吸食星体的质量.假设在演变的过程中两者球心之间的距离保持不变，则在最初演变的过程中( )图8A.它们做圆周运动的万有引力保持不变B.它们做圆周运动的角速度不断变大C.体积较大星体圆周运动轨迹半径变大D.体积较大星体圆周运动的线速度变大12.(2019·扬州中学模拟)进行科学研究有时需要大胆的想象，假设宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的四颗星组成的四星系统(忽略其他星体对它们的引力作用)，这四颗星恰好位于正方形的四个顶点上，并沿外接于正方形的圆形轨道运行，若此正方形边长变为原来的一半，要使此系统依然稳定存在，星体的角速度应变为原来的( )A.1倍B.2倍C.12倍 D.22倍二、非选择题13.中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船，目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术，其发射过程简化如下：飞船在酒泉卫星发射中心发射，由长征运载火箭送入近地点为A 、远地点为B 的椭圆轨道上，A 点距地面的高度为h 1，飞船飞行5圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图9所示.设飞船在预定圆轨道上飞行n 圈所用时间为t ，若已知地球表面重力加速度为g ，地球半径为R ，忽略地球的自转，求：图9(1)飞船在B 点经椭圆轨道进入预定圆轨道时是加速还是减速？(2)飞船经过椭圆轨道近地点A 时的加速度大小.(3)椭圆轨道远地点B 距地面的高度h 2.14.(2019·厦门一中模拟)如图10所示，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速圆周运动，星球A和B两者中心之间距离为L.已知星球A、B的中心和O三.点始终共线，星球A和B分别在O的两侧.引力常量为G(1)求两星球做圆周运动的周期；(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行的周期记为T1.但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期记为T2.已知地球和月球的质量分别为5.98×1024kg 和7.35×1022 kg.求T2与T1两者平方之比.(计算结果保留四位有效数字)11。
人造卫星
小结
不管是人造卫星还是宇宙 飞船，我们都衷心希望这些高 科技能够为人类的和平发展而 作出贡献。我们不希望看到它 们被应用于战争和破坏。
侦察卫星 间谍卫星 截击卫星 · · · · · ·
技术试验卫星
国际通讯卫星地球站
通讯卫星
通信卫星：作为无线电通信中继站的人造地球卫星。通信 卫星通过转发无线电信号，实现卫星通信地球站之间或地 球站与航天器之间的无线电通信。通信卫星可以传输电话、 电报、传真、数据和电视等信息。
1970年4月24 日，中国第一 颗人造卫星在 酒泉卫星发射 中心成功发射。
苏联在1957年10月4号发射人类首颗人造地球
卫星。 美国于1958年1月31日成功地发射了“探险 者”-1号人造卫星。 法国于1965年11月26日成功地发射了“试验卫 星”-1（A-l）号人造卫星。 日本于1970年2月11日成功地发射了人造卫星 “大隅”号。 中国于1970年4月24日成功地发射了人造卫星 “东方红”1号。 英国于1971年10月28日成功地发射了人造卫星 “普罗斯帕罗”号。
世界四大卫星导航系统 美国的全球定位系统（GPS）
前苏联/俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS ） 中国的北斗导航卫星定位系统。（BDS） 欧洲航天局的伽利略卫星定位系统（GALILEO）
北斗二号导航卫星，2007年4月14日，
我国成星发射中心成功将第二颗北斗导 航卫星送入预定轨道。
哪个国家在什么时候发射了
第一颗人造卫星？ 人造卫星如何分类？
空间碎片轨道演化的数值模拟研究
空间碎片轨道演化的数值模拟研究一、空间碎片轨道演化概述空间碎片，也称为太空垃圾，是指在地球轨道上运行的非功能性人造物体，这些物体包括废弃的卫星、残骸、以及在空间活动中产生的各种碎片。
空间碎片的存在对在轨运行的航天器构成了严重的威胁，因为即使是很小的碎片也具有极高的相对速度和动能，一旦发生碰撞，可能会导致灾难性的后果。
因此，对空间碎片的轨道演化进行数值模拟研究，对于理解其运动特性、预测其行为以及制定有效的空间碎片减缓策略具有重要意义。
1.1 空间碎片轨道演化的基本概念空间碎片的轨道演化是指在地球引力、大气阻力、太阳和月球引力摄动等多种因素作用下，空间碎片轨道参数随时间的变化过程。
这些参数包括轨道的半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点角和真近点角等，它们共同决定了空间碎片在空间中的运动轨迹。
1.2 空间碎片轨道演化的影响因素空间碎片的轨道演化受到多种因素的影响，主要包括：- 地球的非球形引力场：地球并非完美的球形，其质量分布的不均匀性会对空间碎片的轨道产生摄动。
- 大气阻力：在低轨道上，空间碎片会受到大气分子的阻力作用，导致其轨道逐渐降低。
- 第三体引力摄动：太阳和月球的引力会对空间碎片的轨道产生摄动，尤其是在近地轨道上更为显著。
- 太阳风和地球辐射带：这些因素会对低轨道上的带电空间碎片产生影响，改变其轨道。
二、空间碎片轨道演化的数值模拟方法数值模拟是研究空间碎片轨道演化的重要手段，它通过建立数学模型并使用计算机进行数值计算，模拟空间碎片在各种力的作用下的轨道变化。
数值模拟方法的选择和精度直接影响到模拟结果的可靠性。
2.1 数值模拟的基本步骤空间碎片轨道演化的数值模拟通常包括以下步骤：- 建立动力学模型：根据空间碎片所受的各种力，建立描述其运动的动力学方程。
- 初始条件的设定：确定空间碎片的初始轨道参数和初始时刻。
- 数值积分方法的选择：选择合适的数值积分方法，如欧拉法、龙格-库塔法等，对动力学方程进行数值积分。
《人造地球卫星》教案设计
《人造地球卫星》教案设计第一章：引言1.1 教学目标让学生了解人造地球卫星的基本概念和发展历程。
培养学生对人造地球卫星的兴趣和好奇心。
1.2 教学内容人造地球卫星的定义和分类。
人造地球卫星的发展历程。
人造地球卫星的应用领域。
1.3 教学方法采用讲授法，介绍人造地球卫星的基本概念和发展历程。
采用提问法，引导学生思考人造地球卫星的应用领域。
1.4 教学评价学生能够回答人造地球卫星的定义和分类。
学生能够了解人造地球卫星的发展历程。
学生能够思考人造地球卫星的应用领域。
第二章：人造地球卫星的轨道2.1 教学目标让学生了解人造地球卫星的轨道类型和特点。
培养学生分析和解算人造地球卫星轨道的能力。
2.2 教学内容人造地球卫星的轨道类型（圆轨道、椭圆轨道、抛物线轨道）。
人造地球卫星轨道的物理特性和数学描述。
人造地球卫星轨道的解算方法。
2.3 教学方法采用讲授法，介绍人造地球卫星的轨道类型和特点。
采用案例分析法，引导学生分析和解算人造地球卫星轨道。
2.4 教学评价学生能够回答人造地球卫星的轨道类型和特点。
学生能够分析和解算人造地球卫星轨道。
第三章：人造地球卫星的动力学3.1 教学目标让学生了解人造地球卫星的动力学原理和方程。
培养学生分析和解决人造地球卫星动力学问题的能力。
3.2 教学内容人造地球卫星的动力学原理（牛顿力学、开普勒定律）。
人造地球卫星的动力学方程（牛顿运动定律、引力势能）。
人造地球卫星的动力学问题分析和解决方法。
3.3 教学方法采用讲授法，介绍人造地球卫星的动力学原理和方程。
采用问题解决法，引导学生分析和解决人造地球卫星动力学问题。
3.4 教学评价学生能够回答人造地球卫星的动力学原理和方程。
学生能够分析和解决人造地球卫星动力学问题。
第四章：人造地球卫星的控制4.1 教学目标让学生了解人造地球卫星的控制原理和方法。
培养学生设计和实现人造地球卫星控制策略的能力。
4.2 教学内容人造地球卫星的控制原理（姿态控制、轨道控制）。
北斗卫星导航试验验证系统设计与实现
北斗卫星导航试验验证系统设计与实现摘要：北斗是一个规模巨大、星地耦合紧密、建设周期长、技术状态处于动态演化过程中的大型系统。
系统面临着核心技术体系的复杂性、高网络传输密度、高稳定运行的困难，对系统的检测与验证提出了更高的要求。
本课题针对我国北斗卫星导航系统，从设计测试、星地对接、当量运转三个层面，研究北斗卫星导航系统在全系统、全尺度、全要素上的测试与验证体系结构。
该系统是目前国际上仅有的一种可与实际系统同步演化、并可与实际系统协同工作的试验与验证系统。
对其它空间飞行任务的试验与验证也具有一定的借鉴意义。
关键词:北斗卫星导航;试验验证系统设计;实现1卫星系统性能评估软件系统设计1.1空间信号性能模块空间讯号准确度空间讯号准确度包含使用者的距离误差、使用者的距离比率以及使用者的量测加速误差。
可以用Z采用分割法估价。
在此基础上，利用SISRE中给出的公式，仅需要输入预计轨精度和钟差精度，即可得到URE的数值。
这是一种比较传统的评价模型。
采用网格方法对土地利用效率进行评价。
在此基础上，利用网格点集来仿真地面站的位置，并将预报的卫星轨迹、钟差等信息投射到地面站上，从而得到URE值。
Z利用所测得的资料对URE进行了评价。
在此基础上，将卫星信号与卫星信号进行线性化以去除电离层、对流层、多路径、接收信号等干扰，并将剩余的卫星信号与卫星信号在视距上的投射信息相结合，得到卫星信号之间的关系。
1.2服务性能模块其中，服务效能模组包含了使用者的定位、导航及计时效能评价。
在GPS的定位能力评价方面，利用双C/A编码实现伪距离的单点定位，利用GPS的KlobucharS参数对电离层的误差进行修正；在北斗卫星通信中，利用B1I伪距离观测数据进行单频率、单点定位，以及利用B1I卫星传播的B1IKlobuchar8参数修正电离层模式，是北斗卫星通信中亟待解决的问题。
尽管北斗星历数据与GPS数据基本相同，但是，由于北斗GEO卫星的离心度、轨道倾角等因素，在拟合时需要对其进行修正，使得其解算方式也随之改变。
河北版(冀教版)六年级科学下册实验
河北版(冀教版)六年级科学下册实验一、实验题目：研究哪种形状的纸桥承重能力强实验材料：一张32开的白纸、两个桥墩、棋子若干实验过程：1.将两个桥墩摆好，相距适当的距离。
2.将纸直接放在桥墩上，放旗子，观察放几个塌。
3.将纸做成弓形，放在桥墩间，放旗子，观察放几个塌。
4.将纸折成瓦楞型，放在桥墩上，放旗子，观察放几个塌。
……（如有其它方法还可添加）5.实验结论：折成瓦楞型的纸桥承重能力强。
二、实验题目：研究哪种纸棍不易折材料：直径相同的实心和空心纸棍各1根、两摞书、钩码若干、线实验过程：1.摆好两摞书，高度相同，相距适当的距离。
2.将实心棍架在书上，再挂上钩码，看能挂多少。
3.将空心棍架在书上，再挂上钩码，看能挂多少。
4.比较两次实验结果，得出结论。
实验结论：空心棍承重能力强，不易断;实心辊承重能力弱，易折断。
三、实验题目：研究使四边形稳固的方法材料：木棒、橡皮筋、实验过程：1.用橡皮筋捆扎一个四边形。
拉拽四边形的对角，发现容易变形。
2.在对角的地方捆扎一根木棍，形成两个三角形。
拉拽后发现不易变形。
3.在四边形的另一个对角再捆扎一根木棍，形成四个三角形。
拉拽后发现不易变形。
4.比较实验结果，得出结论。
实验结论：通过实验说明三角形可以使四边形变稳固，第2步中使用一根木棒最简便。
四、题目：制作肺的模型，模拟呼吸的过程材料：2升塑料瓶子、气球、橡胶皮膜、胶带实验过程：1.制作模型：瓶子去底；底部蒙上橡胶皮膜，用胶带固定；瓶嘴套入一个气球。
2.对着瓶嘴的气球吹起，观察变化。
3.思考：瓶子、气球、橡皮膜各相当于呼吸系统的哪部分？怎样利用它们模拟呼吸过程的？实验结论：瓶子模拟胸腔、气球模拟肺、橡皮膜模拟膈肌。
实验中气球吹起来，橡皮膜向外鼓；气球变扁，橡皮膜恢复原状。
说明吸气时，胸腔向外扩张，膈肌向下移；呼气时，胸腔向内收缩，膈肌向上移五、题目：心跳快慢与哪些因素有关假设：心跳快慢与运动是否有关方法：先测量平静时心跳的次数，然后分别做剧烈程度不同的运动，并测量每次运动1分钟后的心率。
人造航天器中的超重、失重现象探究
货运飞船形成组合体,
翟 志 刚、
王 亚 平、
叶
光富三位航天员顺利进驻“天 和”核 心 舱。 下
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物理部分·知识结构与拓展
高一使用 2021 年 12 月
列说法中正确的是(
)
。
研究飞船发射过程中在竖直 方 向 上 的
A.
(
1)根 据 探 测 器 的 速 度—时
挂物的拉力(
视重)
改变了。
根 据 mg-F =mg 得 自 由 落 体 运
F =0
本题 主 要 考 查 对 超 重 和
失 重 现 象 本 质 的 理 解。 物 体
根 据 mg-F =ma 得 向 下 加 速 或
F =m (
g-a)<mg
答案:
D
例2 2
0
1
3年6月2
1日1
0 时 许,在 距
离地面 3
mg火 =ma,
04 N。
本 题 结 合 速 度—时 间 图
降 时,具 有 向 上 的 加 速 度,飞 船
内的航天员处于超重状态,
选项 A 错误,
B正
像考 查 火 星 探 测 器 在 火 星 表
面附近的超重和失 重 现 象。 明 确 速 度—时 间
确。当“
天和”
核心舱在轨 道 上 绕 地 球 做 匀 速
物理部分·知识结构与拓展
高一使用 2021 年 12 月
■ 傅明峰
人 造 航 天 器 (如 地 球 卫 星、宇 宙 飞 船、航
所有绕地 球 做 圆 周 运 动 的 人 造 航 天 器 中,一
天飞机等)
发射成功以来,
5.2卫星运转与变轨
19(2014全国卷)．太阳系各行星几乎在同一平面内沿同 一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行 星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文 学称为“行星冲日”。据报道，2014年各行星冲日时间 分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日 土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日。 已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所 示，则下列判断正确的是（ ）
解析：通过开普勒第三定律可确定卫星沿轨道Ⅱ运动的周期大于沿 轨道Ⅰ运动的周期；卫星在轨道Ⅰ上和在轨道Ⅱ上过程中的机械能均守 恒，但由于在B点点火加速，机械能增加，所以卫星在轨道Ⅱ上机械能大 GM 于在轨道Ⅰ上的机械能；根据a＝ 2 可判断C、D选项错误． r
答案： B
变式题(2011·南昌模拟)我国发射的“嫦娥一号” 探月卫星简 化后的路线示意图，如图所示，卫星由地面发射后，经发射轨 道进入停泊轨道，然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨 道，经过几次制动后进入工作轨道，卫星开始对月球进行探测 ．已知地球与月球的质量之比为a，卫星的停泊轨道与工作轨道 半径之比为b，卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆 周运动，则( ) a A. 卫星在停泊轨道和工作轨道运动的速度之比为
GM 知运行速 r
度将增大，但重力势能、机械能均减少．(卫星的发射和回收就是利 用了这一原理)．
(2010·合肥模拟)如图所示，从地球表面发射一颗卫星， 先让其进入椭圆轨道Ⅰ运动，A、B分别为椭圆轨道的近地点和 远地点，卫星在远地点 B 点火加速变轨后沿圆轨道Ⅱ运动．下 列说法中正确的是( ) A. 卫星沿轨道Ⅱ运动的周期小于沿轨道Ⅰ运 动的周期 B. 卫星在轨道Ⅱ上机械能大于在轨道Ⅰ上的 机械能 C. 卫星在轨道Ⅱ上B点的加速度大于在轨道 Ⅰ上B点的加速度 D. 卫星在轨道Ⅱ上C点的加速度大于在轨道 Ⅰ上A点的加速度
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人造卫星轨道控制的模拟与实验研究
一、引言
随着航空航天技术的日益发展，人类对于太空中的探索和利用
越来越重视。在航天技术的领域中，人造卫星作为一种重要的空
间物体，其轨道控制问题也越来越重要。因此，在航空航天领域
中，针对人造卫星的轨道控制问题进行模拟和实验研究就显得尤
为重要和必要。本文将从人造卫星轨道控制的模拟和实验两方面，
深入地探讨人造卫星轨道控制的相关问题。
二、人造卫星轨道控制的模拟研究
1.人造卫星轨道模型建立
人造卫星的轨道模型建立是轨道控制模拟的基础，它是对人造
卫星运动规律的描述。在建立模型时，需要对卫星的位置、速度、
质量等因素进行综合考虑，从而建立一个准确可靠的模型。同时，
合理的轨道模型建立还需要考虑外部因素的影响，如地球引力、
辐射阻力等。
2.控制算法研究
为保持人造卫星的稳定轨道，需要对其进行控制。在控制算法
的研究中，需要兼顾人造卫星的稳定性和精度性。常见的控制算
法包括PID控制、LQR控制、自适应控制等。随着人工智能技术
的不断发展，也可以通过深度学习等先进技术构建人造卫星的控
制算法，从而提高控制的准确性和自适应能力。
3.数值模拟
数值模拟是人造卫星轨道控制的核心内容，通过模拟结果可以
反馈出控制算法的可行性和稳定性。数值模拟时需要考虑真实环
境中可能存在的各种因素，例如太阳辐射、大气阻力、地球引力
等，以此对卫星进行动态模拟并得出相应结果。
三、人造卫星轨道控制的实验研究
1.实验设备建立
实验设备建立是进行人造卫星轨道控制实验的前提。实验设备
通常包括大型非惯性空间模拟器、精密电子设备、稳定维修平台
等。其中，大型非惯性空间模拟器是重点，模拟器需要能够精确
模拟卫星在真实环境下的运动规律，实验时还需要对实验设备进
行多方位监控，以保障实验数据的准确性。
2.实验仿真
实验仿真是将轨道模型加入到实验设备中，用实际的测量数据
和模拟结果相结合，进行实验控制器的开发和验证。实验仿真能
够更加真实地模拟出人造卫星在各种情境下的变化规律，从而帮
助研究人员更好地优化和改进控制算法。
3.实时运行试验
在实时运行试验中，需要将控制算法和卫星轨道模型结合在一
起，通过实验设备直接与卫星进行交互和控制，以反馈控制算法
的准确性和稳定性。实时运行试验需要重点考虑控制算法的实时
性和稳定性，同时也需要对实验设备的安全性进行保障。
四、人造卫星轨道控制的模拟与实验研究的应用
人造卫星轨道控制的模拟与实验研究的应用范围广泛，包括但
不限于以下几个方面：
1.探测行星和星系
人造卫星轨道控制技术能够为行星和星系的探测提供较好的技
术支撑，通过对卫星轨迹和控制算法的优化，可以提高探测器的
探测效率和准确性，为行星和星系的进一步探测提供有力支撑。
2.地球观测
人造卫星轨道控制技术还可以用于地球观测，通过对卫星的控
制，可以实现对地球表面的高分辨率观测和数据采集。这对环境
保护、天气预报、自然灾害预警等方面具有重要意义。
3.通信卫星
通信卫星也需要进行轨道控制，以保证其正常运转。人造卫星
轨道控制技术的研究和应用，可以提高通信卫星在交互过程中的
可靠性和稳定性，保证现代通讯技术的顺畅发展。
五、总结
人造卫星轨道控制的模拟和实验研究是航空航天领域中的重要
研究方向，其涉及到轨道模型建立、控制算法研究、数值模拟、
实验设备建立、实验仿真等多个方面。通过对这些方面的深入研
究，可以不断提高人造卫星的控制精度和稳定性，丰富人类的太
空探索与利用经验。当然，在研究和应用中，还需要不断深化创
新，从而实现人类对太空的全面掌控和开发。