火箭运载卫星过程中及卫星绕地球旋转式有哪些物理知识
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发布时间：2023-08-03 13:25
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时间：2023-08-27 18:59
一． 卫星的发射过程中涉及的问题
人造地球卫星的发射速度不得低于7．9km/s．（此速度是卫星的最小发射速度或绕地球飞行的最大速度，高中物理将系统解决．）
轨道倾角：航天器绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角．按轨道倾角可将卫星运行轨道分为四类：
①顺行轨道：特征是轨道倾角小于90o，在这种轨道上的卫星，绝大多数离地面较近，高度仅为数百公里，故又称为近地轨道．我国地处北半球，要把卫星送入这种轨道，运载火箭要朝东南方向发射，这样能充分利用地球自西向东旋转的部分速度，从而可以节约发射能量，我国的“神舟”号试验飞船都是采用这种轨道发射的；
②逆行轨道：特征是轨道倾角大于90o，欲将卫星送入这种轨道运行，运载火箭需要朝西南方向发射．不仅无法利用地球自转的部分速度，而且还要付出额外能量克服地球自转部分的速度．即逆着地球的旋转方向发射耗能较多，因此除了太阳同步轨道外，一般不采用这种轨道发射；
③赤道轨道：特征是轨道倾角为0 o，卫星在赤道上空运行．这种轨道有无数条，但其中有一条相对地球静止的轨道，即地球同步卫星轨道.计算可知当卫星在赤道上空35786公里（即约为3.6×104公里）高处自西向东运行一周为23小时56分4秒(约为24小时)，即卫星相对地表静止．从地球上看，卫星犹如固定在赤道上空某一点随地球一起转动．在同步卫星轨道上均匀分布3颗通信卫星即可以进行全球通信(为何?请同学们思考后做出解释)的科学设想早已实现．世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上；
④极地轨道：特点是轨道倾角恰好等于90o，它因卫星过南北两极而得名，在这种轨道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区的上空(为何?请同学们思考后做出解释)．
卫星的发射方式：
①直线发射就是一次送达，由于整个过程均要克服地球引力做功，且卫星处于动力飞行状态，需要消耗大量的燃料；
②变轨发射是先把卫星送到地球的大椭圆同步转移轨道，当卫星到达远地点（航天器绕地球运行的椭圆轨道上距地心最近的一点叫近地点，距地心最远的一点叫远地点）时，发动机点火对卫星加速，当速度达到沿大圆做圆周运动所需的速度时，飞船就不再沿椭圆轨道运行，而是沿圆周运动，这样飞船就实现了变轨，从而将卫星送入预定轨道．同步卫星一般都采用变轨发射．
二．卫星寿命涉及的问题
卫星在轨道上存留的时间，是从卫星进入预定的目标轨道到陨落为止的时间间隔．近
地轨道卫星的轨道寿命主要取决于大气阻力．在大气阻力作用下，卫星的实际轨道是不断下降的螺旋线（不考虑卫星在轨运行时采取轨道保持措施）．当卫星下降到110～120公里的近圆形轨道时，大气阻力将使卫星迅速进入稠密大气层而烧毁．一般说来卫星轨道高度越高，大气阻力越小，寿命也就越长．超过1000公里高度的卫星，轨道寿命可能达千年以上；高度在160公里左右的卫星，轨道寿命只有几天甚至几圈．
三．卫星回收过程中涉及的问题
回收是发射的逆过程，返回阶段对航天员和飞船的考验最大.
在飞船距地表约100km时，返回舱开始再入大气层．由于返回舱对大气的高速摩擦和对周围空气的压缩，返回舱的速度急剧降低，这样它的大部分动能与势能变成了热能．虽有大部分热能以辐射和对流的方式散失掉，但仍能达到上千摄氏度的高温．为了防止有效载荷舱或乘员座舱烧毁，再入航天器备有再入防热系统．由于防热系统的重量会影响再入航天器的性能，因此可将不需要返回地面的仪器的就留在轨道上继续工作或遗弃（太空垃圾是怎样产生的？），从而大大减轻航天器重量而降低技术难度．
待要进入大气层时要适时启动航天器反推力火箭使其减速，并选择适当的角度进入大气层，快要接近地面时才张开降落伞使其垂直着陆或溅落安全着陆．
进入大气层后在飞船离地80km到40km范围内，由于飞船摩擦生热，会在飞船表面和周围气体中产生一个温度高达上千摄氏度的高温区．高温区内的气体和飞船表面材料的分子被分解和电离，形成一个等离子区，像一个套鞘似的包裹着飞船，从而使飞船与外界的无线电通信衰减，甚至中断，出现“黑障”现象．
此外把返回舱做成底大头小是因为返回舱返回时将重新进入大气层，气流千变万化将使高速飞行的返回舱难以保持固定的姿态，不倒翁的形状不怕气流的扰动．
