昨天我们一起讨论了轨道变化对天体的影响,那么卫星轨道变化问题作为今天的热门话题,是否与前面所说的一致?(大卫亚设,Northern Exposure)我们下次继续聊天吧。
一、简单了解卫星变轨原理。
卫星发射到预订轨道上其实有两种方法。
一种是简单直接粗暴的方法,即把卫星按照直线发射,由火箭把卫星发射到预订轨道的高度,然后做九十度的转折飞行,使卫星进入预订轨道运行。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。
另一种是曲径通幽斯文的方法,即先把卫星发射到高度比较低的圆轨道上,在合适的位置,末级火箭点火工作,使卫星进入一条大的椭圆轨道,当卫星到达预订高度的轨道时,再开动卫星上的发动机,使之进入圆形同步轨道,即预订高度的轨道。这种发射方法,运载火箭消耗的燃料较少,发射场的位置也不受限制。
上述两种方法的原理,我们大致了解即可。具体原理,有兴趣的小伙伴自行了解。
二、高考中的卫星变轨
一般情况下,卫星变轨就是考察三个轨道上各个参数大小的比较,我们如何来快速解决这个问题呢?先看一下原理。
我们假设M为中心天体的质量,m为卫星的质量,r为卫星和中心天体的距离,v为卫星的运行速度即线速度,ω为卫星的角速度,n为卫星的转速,a为卫星的加速度。利用万有引力充当向心力这一基本原则,我们容易得出V=根号下(GM/r),ω=根号下(GM/r3),T=2π根号下(r3/GM),a=GM/(r的平方)。所以当轨道变高,也就是r变大时,线速度、角速度、转速、加速度均变小,周期变大。又因为从低轨到高轨是要克服万有引力做功,所以需要有一个力对物体做正功。说白了就是卫星不会无缘无故的离开自己的轨迹,需要外界影响[捂脸]所以轨道变高,也就是r变大时,动能变小,机械能和势能变大,合外力也就是万有引力变小。这和我们昨天总结的“高轨低速大周期,大机大势小引力。”是一致的。
这里我们还需要注意的是同一轨道各种参数问题。显然圆轨道上各点的参数是相同的,而椭圆轨道,按照离中心天体的远近仍然遵循高轨低速大周期,但是能量方面需要特别注意,同一轨道上说白了就是卫星在自己的轨道上闲逛,不需要外界提供能量,所以机械能不变,而离的远时线速度变小,动能变小,按照能量守恒定律,势能就会增加。所以同一轨道符合“高轨低速大周期,等机大势小引力。”
最后需要注意的是变轨点,即上图所示的P点和Q点。一言以蔽之,想变成高轨就需要增加机械能,即加速,才能往高的地方蹦一蹦,否则就无法离开自己的轨道。反之,想变成低轨就需要减少机械能,即减速。加速后到高轨道,环绕速度却减速,减速后到低轨道,环绕速度却加速,这也是卫星变轨的难点所在。
通过以上三点描述,我想大家对卫星变轨问题就会成竹在胸了。[赞][赞][赞]
如果你有今日头条app,请[来看我][来看我][来看我][来看我][来看我][来看我],每天都会倾情奉献一段小干货,我会继续努力的!