关于从地球发射卫星或空间探测器

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/25 22:53:05
1、将一颗人造卫星送上圆形轨道所需要的最小发射速度是多少?(别答第一宇宙速度,自己想想地球的自转)
2、将地球卫星送入两级轨道所需的能量要比赤道轨道高多少倍?
3、空间探测器离开地球引力场需要多大的初始速度?
4、对空间探测器而言,是离开太阳系需要的能量大还是撞击太阳需要的能量大?

1、当卫星以速度v在半径为R的圆形轨道上运行时,其加速度g=v²/R。如果R为地球半径(或者更精确一些,比地球半径稍大),那么g就必定是地球表面的重力加速度。这时卫星的速度就是我们定义的第一宇宙速度:v1=√gR=7.9㎞/s。
如果考虑了地球的自转,发射卫星时并不需要提供全部的速度。而此“帮助”在赤道上最大,接近0.5㎞/s。这意味着最小需要相对于地面7.4㎞/s的初速度,但是必须在赤道或赤道附近向东方发射卫星才行。

2、考虑地球自转的轴,卫星在两极轨道(卫星通过两极)上的角动量为零。这个条件必须在发射的时候就得到了满足,因为在发射后角动量不会发生变化。上面讨论的“帮助”在这里是无效的。事实上,地球自转的影响反而是一种障碍,因为卫星除了必须满足南北方向上7.9km/s的速度外,还需要抵消由于地球自转带来的速度。如果卫星从极点附近发射,则后者的影响可以不考虑。考虑后者有明显的技术困难。
由此可以得出,将卫星发射到两极轨道上的初始速度至少为赤道轨道的7.9/7.4≈1.06倍,即,其动能至少为赤道轨道的1.13倍。

3、要脱离地球的吸引,探测器必须要获得“逃逸速度”,或称为“第二宇宙速度”,v2=√2gR≈11.2km/s。同样考虑地球自转的影响,在赤道附近向东发射,10.7km/s的速度就够了。

4、地球以大约29.8km/s的速度绕太阳转动。要达到太阳,空间探测器必须以初速度29.8km/s,或者更准确一点,29.3km/s,借助地球自转向公转方向的反方向发射。如果要离开太阳系,则空间探测器需要达到29.8km/s的√2倍,但如果计算好速度和方向,地球公转的“初速度”可以从这个速度中减去,也就是说,12.3km/s的速度就足够了。考虑到克服地球引力做功,就是第三宇宙速度16.7km/s(√12.3²+11.2²)
因此,将空间探测器送离太阳系比将它送到太阳上要容易,(前者已经尝试成功了,而后者我们仍然在期待中)。如果考虑太阳系更外层的行星(木星、土星等),情况则更加有利。空间探测器如果在适当的时间以适当的方向发射,则会很明显地被这些行星“推一把”(即获得能量),这种现象就是所谓的“重力弹弓”。按照这样的设计,空间探测器不需要被发射得太