【簡介:】“神舟六號“成功發(fā)射和回收,使得航天物理知識在中考命題中出現(xiàn)升溫的趨勢,了解飛船運(yùn)動(dòng)的有關(guān)情況,將有利于同學(xué)們求解有關(guān)航天知識的信息題,理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用題.現(xiàn)就有關(guān)宇宙
“神舟六號“成功發(fā)射和回收,使得航天物理知識在中考命題中出現(xiàn)升溫的趨勢,了解飛船運(yùn)動(dòng)的有關(guān)情況,將有利于同學(xué)們求解有關(guān)航天知識的信息題,理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用題.現(xiàn)就有關(guān)宇宙飛船及衛(wèi)星在空間運(yùn)動(dòng)的相關(guān)信息分類探討如下:一. 衛(wèi)星的發(fā)射過程中涉及的問題人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度不得低于7.9km/s.(此速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度或繞地球飛行的最大速度,高中物理將系統(tǒng)解決.)軌道傾角:航天器繞地球運(yùn)行的軌道平面與地球赤道平面之間的夾角.按軌道傾角可將衛(wèi)星運(yùn)行軌道分為四類:①順行軌道:特征是軌道傾角小于90o,在這種軌道上的衛(wèi)星,絕大多數(shù)離地面較近,高度僅為數(shù)百公里,故又稱為近地軌道.我國地處北半球,要把衛(wèi)星送入這種軌道,運(yùn)載火箭要朝東南方向發(fā)射,這樣能充分利用地球自西向東旋轉(zhuǎn)的部分速度,從而可以節(jié)約發(fā)射能量,我國的“神舟”號試驗(yàn)飛船都是采用這種軌道發(fā)射的;②逆行軌道:特征是軌道傾角大于90o,欲將衛(wèi)星送入這種軌道運(yùn)行,運(yùn)載火箭需要朝西南方向發(fā)射.不僅無法利用地球自轉(zhuǎn)的部分速度,而且還要付出額外能量克服地球自轉(zhuǎn)部分的速度.即逆著地球的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)射耗能較多,因此除了太陽同步軌道外,一般不采用這種軌道發(fā)射;③赤道軌道:特征是軌道傾角為0 o,衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行.這種軌道有無數(shù)條,但其中有一條相對地球靜止的軌道,即地球同步衛(wèi)星軌道.計(jì)算可知當(dāng)衛(wèi)星在赤道上空35786公里(即約為3.6×104公里)高處自西向東運(yùn)行一周為23小時(shí)56分4秒(約為24小時(shí)),即衛(wèi)星相對地表靜止.從地球上看,衛(wèi)星猶如固定在赤道上空某一點(diǎn)隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng).在同步衛(wèi)星軌道上均勻分布3顆通信衛(wèi)星即可以進(jìn)行全球通信(為何?請同學(xué)們思考后做出解釋)的科學(xué)設(shè)想早已實(shí)現(xiàn).世界上主要的通信衛(wèi)星都分布在這條軌道上;④極地軌道:特點(diǎn)是軌道傾角恰好等于90o,它因衛(wèi)星過南北兩極而得名,在這種軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星可以飛經(jīng)地球上任何地區(qū)的上空(為何?請同學(xué)們思考后做出解釋).衛(wèi)星的發(fā)射方式:①直線發(fā)射就是一次送達(dá),由于整個(gè)過程均要克服地球引力做功,且衛(wèi)星處于動(dòng)力飛行狀態(tài),需要消耗大量的燃料;②變軌發(fā)射是先把衛(wèi)星送到地球的大橢圓同步轉(zhuǎn)移軌道,當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)(航天器繞地球運(yùn)行的橢圓軌道上距地心最近的一點(diǎn)叫近地點(diǎn),距地心最遠(yuǎn)的一點(diǎn)叫遠(yuǎn)地點(diǎn))時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火對衛(wèi)星加速,當(dāng)速度達(dá)到沿大圓做圓周運(yùn)動(dòng)所需的速度時(shí),飛船就不再沿橢圓軌道運(yùn)行,而是沿圓周運(yùn)動(dòng),這樣飛船就實(shí)現(xiàn)了變軌,從而將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道.同步衛(wèi)星一般都采用變軌發(fā)射.二.衛(wèi)星壽命涉及的問題衛(wèi)星在軌道上存留的時(shí)間,是從衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定的目標(biāo)軌道到隕落為止的時(shí)間間隔.近地軌道衛(wèi)星的軌道壽命主要取決于大氣阻力.在大氣阻力作用下,衛(wèi)星的實(shí)際軌道是不斷下降的螺旋線(不考慮衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)采取軌道保持措施).當(dāng)衛(wèi)星下降到110~120公里的近圓形軌道時(shí),大氣阻力將使衛(wèi)星迅速進(jìn)入稠密大氣層而燒毀.一般說來衛(wèi)星軌道高度越高,大氣阻力越小,壽命也就越長.超過1000公里高度的衛(wèi)星,軌道壽命可能達(dá)千年以上;高度在160公里左右的衛(wèi)星,軌道壽命只有幾天甚至幾圈.三.衛(wèi)星回收過程中涉及的問題回收是發(fā)射的逆過程,返回階段對航天員和飛船的考驗(yàn)最大.在飛船距地表約100km時(shí),返回艙開始再入大氣層.由于返回艙對大氣的高速摩擦和對周圍空氣的壓縮,返回艙的速度急劇降低,這樣它的大部分動(dòng)能與勢能變成了熱能.雖有大部分熱能以輻射和對流的方式散失掉,但仍能達(dá)到上千攝氏度的高溫.為了防止有效載荷艙或乘員座艙燒毀,再入航天器備有再入防熱系統(tǒng).由于防熱系統(tǒng)的重量會(huì)影響再入航天器的性能,因此可將不需要返回地面的儀器的就留在軌道上繼續(xù)工作或遺棄(太空垃圾是怎樣產(chǎn)生的?),從而大大減輕航天器重量而降低技術(shù)難度.待要進(jìn)入大氣層時(shí)要適時(shí)啟動(dòng)航天器反推力火箭使其減速,并選擇適當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)入大氣層,快要接近地面時(shí)才張開降落傘使其垂直著陸或?yàn)R落安全著陸.進(jìn)入大氣層后在飛船離地80km到40km范圍內(nèi),由于飛船摩擦生熱,會(huì)在飛船表面和周圍氣體中產(chǎn)生一個(gè)溫度高達(dá)上千攝氏度的高溫區(qū).高溫區(qū)內(nèi)的氣體和飛船表面材料的分子被分解和電離,形成一個(gè)等離子區(qū),像一個(gè)套鞘似的包裹著飛船,從而使飛船與外界的無線電通信衰減,甚至中斷,出現(xiàn)“黑障”現(xiàn)象.此外把返回艙做成底大頭小是因?yàn)榉祷嘏摲祷貢r(shí)將重新進(jìn)入大氣層,氣流千變?nèi)f化將使高速飛行的返回艙難以保持固定的姿態(tài),不倒翁的形狀不怕氣流的擾動(dòng).
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