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卫星种类、发射、变轨及运行规律问题
学校:_________班级:___________姓名:_____________
模型概述
1.人造卫星
(1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星就是其中的一种.
(2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星.
(3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道.
所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心.
2.卫星种类
(1)同步卫星:相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星.同步卫星有以下特点:
①轨道平面一定:轨道平面与赤道平面共面.
②周期一定:与地球自转周期相同,即T=24__h.
③角速度一定:与地球自转的角速度相同.
Mm4π23GMT24
④高度一定:根据G=mr得,r=2=4.23×10km,卫星离地面高度h=r-R=
r2T24π
7
5.6R=3.56×10m(为恒量).
⑤绕行方向一定:与地球自转的方向一致.
(2)极地卫星:运行时每圈都经过南北两极,由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖。
(3)近地卫星:轨道在地球表面附近的卫星,其轨道半径r=R(地球半径),运行速度等于第一宇宙速度v=
7.9km/s(人造地球卫星做匀速圆周运动的最大运行速度),T=85min(人造地球卫星的最小周期)。
注意:近地卫星可能为极地卫星,也可能为赤道卫星。
近地卫星可能为极地卫星,也可能为赤道卫星
(4)倾斜轨道“同步”卫星:如果某卫星运行在一个轨道平面和赤道平面夹角不为0°的轨道上时,则称该卫
星被叫做倾斜轨道卫星,该夹角也被称为“轨道倾角”。若该卫星的运行周期等于地球的自转周期,则该卫
星为倾斜轨道同步卫星。与常规的同步轨道相比,同步卫星倾斜轨道的轨道平面呈现倾斜状态,只是周期
与地球自转同步,不能实现定点悬停。
(5)月球:绕地球的公转周期T=27.3天,月球和地球间的平均距离约38万千米,大约是地球半径的60倍.
3.卫星发射
1
(1)第一宇宙速度:7.9km/s,它是卫星的最小发射速度,也是地球卫星的最大环绕速度.
第一宇宙速度推导
①方法一:
Mmv2-1124
GM6.67×10×5.98×10
由G2=m⇒v==6≈7.9km/s,
rrr6.4×10
②方法二:
2
v6
由mg=m⇒v=gR=9.8×6.4×10≈7.9km/s.
r
第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度,也是人造卫星的最大环绕速度,此时它的运行周期最短,T=
min
R
2π=5078s≈85min.
g
(2)第二宇宙速度(脱离速度):11.2km/s,使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.
(3)第三宇宙速度(逃逸速度):16.7km/s,使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.
(4)宇宙速度与运动轨迹的关系
①v=7.9km/s时,卫星绕地球表面做匀速圆周运动.
发
②7.9km/sv11.2km/s,卫星绕地球运动的轨迹为椭圆.
发
③11.2km/s≤v16.7k
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