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2021学年高一下学期物理人教版必修第二册-7.4宇宙航行
2024-02-02
宇宙航行概述
宇宙速度与逃逸速度
卫星轨道与变轨问题
太空探索与星际航行
火箭技术与载人航天
宇宙航行中的物理问题
contents
目
录
01
宇宙航行概述
定义
宇宙航行是指人类利用航天器在太空中进行的各种探测、研究和开发活动。
意义
宇宙航行对于人类认识宇宙、拓展生存空间、促进科技发展等方面具有重要意义。通过宇宙航行，人类可以深入了解宇宙的起源、演化和结构，探索太空资源，发展新的科技产业，同时推动国际合作与交流。
早期探索
古代人类通过观察天象、编制星图等方式对宇宙进行初步探索。
近现代发展
20世纪初，随着科学技术的进步，人类开始利用火箭技术进行太空探测。1957年，苏联成功发射第一颗人造地球卫星，标志着人类正式进入太空时代。此后，美国、中国等国家相继开展太空探测活动，取得了一系列重要成果。
未来展望
未来，随着科技的不断进步和人类对宇宙认识的深入，宇宙航行将进入新的发展阶段。人类将开展更加深入、广泛的太空探测活动，建立更加完善的太空产业体系，推动人类文明向更高层次迈进。
包括卫星航行、载人航天、深空探测等。卫星航行是利用各种卫星在地球附近或太阳系内进行的探测和研究活动；载人航天是指人类乘坐载人飞船进入太空进行的活动；深空探测是指利用无人航天器对远离地球的天体或宇宙深处进行的探测和研究活动。
按航天器类型分类
包括科学探测、技术试验、应用开发等。科学探测是为了揭示宇宙的自然规律和现象而进行的探测和研究活动；技术试验是为了验证和发展航天技术而进行的试验性活动；应用开发是为了利用太空资源和环境而进行的开发性活动。
按任务性质分类
02
宇宙速度与逃逸速度
03
物理意义
第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最大速度，同时也是卫星的最小发射速度。
01
定义
第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度。
02
数值
第一宇宙速度的大小为7.9km/s。
第二宇宙速度又称为脱离速度，是指从地球表面发射的物体摆脱地球引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。
定义
第二宇宙速度的大小约为11.2km/s。
数值
当物体（航天器）飞行速度达到第二宇宙速度时，就可以摆脱地球引力的束缚，离开地球进入太阳系，沿抛物线轨道飞入行星际空间。
物理意义
逃逸速度是指从某天体表面发射的物体摆脱该天体引力束缚所需的最小初始速度。对于不同的天体，其逃逸速度也不同。
逃逸速度的概念
逃逸速度的大小与发射物体的质量和天体的质量、半径有关。一般来说，天体质量越大、半径越小，其逃逸速度也越大。对于地球来说，其逃逸速度约为11.2km/s；而对于太阳来说，其逃逸速度则高达618km/s。
逃逸速度的计算
03
卫星轨道与变轨问题
卫星绕地球运行的周期与地球自转周期相同，常用于通信和气象观测。
地球同步轨道
太阳同步轨道
极地轨道
卫星轨道平面与太阳保持相对固定，适用于对特定地区进行持续观测。
卫星通过地球两极上空，可实现对全球范围内的覆盖和观测。
03
02
01
通过火箭发动机提供推力，改变卫星的速度和方向，实现轨道变换。
火箭推进
利用行星等天体的引力场，改变卫星的飞行方向和速度，达到节省能源的目的。
引力助推
在卫星上安装小型发动机，通过多次点火和调整，使卫星逐渐调整到目标轨道。
轨道机动
受地球形状、大气阻力、太阳辐射压等多种因素影响，卫星轨道会发生微小变化。
轨道摄动
为确保卫星在预定轨道上稳定运行，需定期进行轨道修正和调整。
轨道保持
随着太空垃圾增多，卫星在轨道上发生碰撞的风险也在增加，需加强监测和预警。
碰撞风险
04
太空探索与星际航行
早期太空探索
人造卫星的发射
载人航天与登月
太空探测器的应用
01
02
03
04
从古代的天文观测到近现代的火箭技术，人类逐渐揭开太空的神秘面纱。
成功将人造卫星送入太空，开启了太空探索的新纪元。
人类首次进入太空、登上月球，标志着太空探索进入全新阶段。
通过发射太空探测器，人类得以深入了解太阳系及更遥远的宇宙。
构想通过核推进、离子推进等先进技术实现恒星际旅行。
面临能源、材料、生命保障等多方面的技术难题和挑战。
需要巨大的经济投入和国际合作，涉及复杂的政治和经济问题。
星际航行可能引发一系列伦理和法律问题，如资源争夺、外星生命保护等。
星际航行设想
技术挑战
经济与政治挑战
伦理与法律挑战
深入探索太阳系
寻找外星生命
发展商业航天
加强国际合作
继续发射探测器，对太阳系内各行星、小行星、彗星等进行深入探测。
随着技术的进步和成本的降低，商业航天将逐渐兴起，推动太空旅游、太空资源开发等产业的发展。
通过观测和探测手段，积极寻找外星生命的迹象。
面对太空探索
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