1.             人造地球卫星中的超重和失重.

首先要正确理解“超重”和“失重”的概念.所谓“超重”和“失重”,是指物体在某一状态下给支持物的压力或给悬线的拉力发生了变化,当物体给支持物的压力或给悬线的拉力大于物体的重力时叫超重;当压力或拉力小于物体的重力时叫失重,载人卫星发射过程中,整个卫星以加速度。向上加速运动,这时卫星中的人和其他物体的动力学方程为F-mg= ma,即F=mg+ma,其中g’为卫星在发射到一定高度的重力加速度,即F>mg,这就是所谓的“超重”现象.此种情况与“升降机”中物体超重现象相同.当卫星进入轨道以后,围绕地球做匀速圆周运动,这时卫星中的人和其他物体均是本身受到的重力提供向心力,即显然,它们不再给支持物压力或给悬线拉力,卫星上的物体完全“失重”,在卫星中处于“漂浮”状态,因此,卫星上的仪器,凡是使用原理与重力有关的均不能使用.

2.             卫星的轨道

卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道,卫星绕地球沿椭圆轨道运动时,地心是椭圆的一个焦点,其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律.卫星绕地球做匀速圆周运动时,是地球的引力提供向心力,卫星受到地球引力的方向指向地心,而做圆周运动的向心力的方向始终指向圆心,所以卫星做圆周运动的圆心和地球的地心重合.这样就存在三类人造地球卫星轨道:①赤道轨道,卫星轨道在赤道平面,卫星始终处于赤道上方;②极地轨道,卫星轨道平面与赤道平面垂直,卫星通过两极上空;③一般轨道,卫星轨道和赤道面成任角度.

3. 人造卫星为何要向东发射?

射卫星所需要的推力,不但与卫星的重和发射倾角有关,而且与发射方向和发射地点的纬度关.地球由西向东白转,随着地球纬度的变化,各处的自转速度不一样,在赤道处地球自转速度最大.如果我们在赤道附近顺着地球自转方向,即向东发射卫星,就可充分利用地球自转的惯性,节省推力.

4.             把卫星发射到同步轨道上去的两种方法.

一种是直线发射,由火箭把卫星发射到36 000 km的赤道上空,然后做90度的转折飞行,使卫星进入轨道;一种方法是变轨发射,即先把卫星发射到高度约为200 km300 km的圆形轨道上,这条轨道口为停泊轨道,当卫星穿过赤道平面时,末级火箭点火工作,使卫星进入一条大的圓轨道,其远地点恰好在赤道上空36 000 km处,这条轨道转移轨道,当卫星到达远地时,再开动卫星上的发动机,使之进入同步轨道,也叫静止轨道.第一种发射方法,在整个发射过程中,火箭都处于动力飞行状态,要消耗大量燃料,还必须在赤道上设置发射场,有一定的局限性.第二种发射方法,运载火箭消耗的燃料较少,发射场的位置也不受限制,目前各国发射同步卫星都用第二种方法,但这种方法在操作和控制上都比较复杂.

5.             为什么同步卫星只能在赤道平面内?

如图所示,假设卫星在轨B上跟地球的自转同步.地球匀速圆周运动,卫星运动的向心力由地球对它的引力F的一个分力F1提供,由于另一个分方F2的作用,将使卫星轨道靠向赤道,卫星在这样的轨道上不能保稳定运行,所以只有在赤道上空,同步卫星才可能在轨道上稳定运行.

F2

 

F1

 

F

 
 


6.             至少几颗同步卫星才能覆盖全球?

图所示,一颗同步卫星覆盖赤道的范围是弧AB,由图代入数值求得= 81. 3,所以AB所对应的圆心角2=162.6度,因此要覆盖整个赤道至少需要卫星数=2.2,所以取n=3实际应用时,是将三颗同步卫星对称地分布在赤道上方,但两极有部分盲区.

7.             地球的同步通讯卫星最多只能有多少颗?

卫星

 
由于通讯卫星都必须位于赤道上空36000km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,而为了使卫星之间不相互干扰,大约每隔3度角左右才能放置一颗卫星,地球的同步通讯卫星最多只能有120颗,可见,空间位置也是一种资源。卫星的种类.卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等,

 

8.              卫星追击问题或星追击问题

如图所示,A是地球的同步卫星,另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h,已知地球半径为R,地球自转角速度为,地球表面的重力加速度为go为地球中心.

(1)    求卫星B的运行周期;

(2)    卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻AB两卫星相距最近(OBA在同一直线上),则至少经过多长时间,它们再一次相距最近?

解决卫星(行星)之间的追及问题应明确:近地轨道卫星(行星)周期小,角速度大,如果两者从相距最近开始计时,到下一次相距最近的时间间隔内周期数差1个或转过角度差2;如果两者从相距最远开始计时,到下一次相距最近的时间间隔内周期数差一半或转过角度差

1)对卫星B,由万有引力定律和向心力公式得

 由以上两式得

2)由题意可知,AB两卫星再一次相距最近时,卫星B比卫星A多运动一周,设所需时间为t,因此有,

98分)火星和地球绕太阳的运动可以近似看做为同一平面内同方向的匀速圆周运动,已知火星的轨道半径r = 1.5X10 m,地球的轨道半径r=1.0x10m,从如图所示的火星与地球相距最近的时刻开始计时,估算火星再次与地球相距最近需多少地球年?(保留两位有效数字)2.3