宇宙航行（定稿）

第六章萬(wàn)有引力與航天,5宇宙航行,嫦娥奔月,外國(guó)人的飛天夢(mèng),夢(mèng)想成真,在科學(xué)技術(shù)欠發(fā)達(dá)的古代，“嫦娥奔月”只能是美麗的傳說(shuō)。1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，從而開(kāi)創(chuàng)了人類的航天新紀(jì)元。1961年4月12日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘“東方號(hào)”載人飛船，揭開(kāi)了人類進(jìn)入太空的序幕。1969年7月20日，美國(guó)“阿波羅”11號(hào)飛船的登陸艙降落在月球附近的靜海區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了人類登上月球的理想2003年10月15日，中國(guó)宇航員楊利偉乘坐“神舟五號(hào)”飛船繞行地球14圈人類進(jìn)入了航天時(shí)代,時(shí)至今日，數(shù)千顆人造衛(wèi)星正在按照萬(wàn)有引力定律為它們“設(shè)定”的軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)著。牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律取得了如此輝煌的成就，以至于阿波羅8號(hào)從月球返航的途中，當(dāng)?shù)孛婵刂浦行膯?wèn)及“是誰(shuí)在駕駛”的時(shí)候，指令長(zhǎng)這樣回答：“我想現(xiàn)在是牛頓在駕駛?！?牛頓的設(shè)想,牛頓設(shè)想的人造衛(wèi)星原理圖,一、宇宙速度,(已知=6.6710-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.891024kg,地球半徑R=6400km),（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）,探究問(wèn)題一：,這個(gè)“足夠大的速度”應(yīng)該有多大呢？,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度,v=7900m/s,物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，叫第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度。,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度,適用于計(jì)算任一天體的第一宇宙速度,討論：向高軌道與向低軌道發(fā)射衛(wèi)星相比哪個(gè)難度大？哪個(gè)需要的發(fā)射速度大？,高軌道衛(wèi)星與低軌道衛(wèi)星相比哪個(gè)運(yùn)行速度大？,注意：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念,運(yùn)行速度指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度,發(fā)射速度指被發(fā)射物體離開(kāi)地面時(shí)的速度,V1=7.9km/s（第一宇宙速度）,最小發(fā)射速度,最大運(yùn)行速度,人造衛(wèi)星的r大,需要的v發(fā)射大；而v運(yùn)行卻小,3、第三宇宙速度：v=16.7千米/秒（衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)束縛的最小發(fā)射速度）,1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v=7.9千米/秒（地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度）,2、第二宇宙速度（逃逸速度）：v=11.2千米/秒（衛(wèi)星掙脫地球束縛變成小行星的最小發(fā)射速度）,或,一、宇宙速度,二、人造地球衛(wèi)星,1、基本思路：萬(wàn)有引力（重力）提供向心力,思考：對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越（2）離地面越高，線速度越（3）離地面越高，周期越（4）離地面越高，角速度越（5）離地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,探究問(wèn)題二：,（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？,提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力必須指向地心,赤道平面,南,東,西,北,地球同步衛(wèi)星軌道,A,B,C,D,F1,F2,赤道平面,北,南,東,西,地球同步衛(wèi)星軌道,所有同步衛(wèi)星都具有如下特點(diǎn)：1.只能分布在一個(gè)確定的赤道軌道上。2.周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同:T24h。角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同。3.離地面高度:h=36000km。4.線速度:v=3.1km/s。,同步衛(wèi)星,與地球相對(duì)靜止的人造衛(wèi)星,1.為了同步衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢?jiàn)，空間位置也是一種資源。2.同步衛(wèi)星主要用于通訊。要實(shí)現(xiàn)全球通訊，只需三顆同步衛(wèi)星即可。,三、夢(mèng)想成真,1957年10月，原蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行一圈,請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)知識(shí)計(jì)算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星的線速度是多少？,世界航天,幾年之后，1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。實(shí)現(xiàn)了人類第一次進(jìn)入太空。他的非凡勇氣，鼓舞了更多人為航天事業(yè)奮斗。,火箭點(diǎn)火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時(shí)108分，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類進(jìn)入太空的豐碑。,世界航天,1969年7月20日，阿波羅11號(hào)將人類送上了月球。當(dāng)時(shí)，上億人通過(guò)電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他在月球上邁出了一小步，確是人類邁出的一大步。,世界航天,航天飛機(jī)資料：可重復(fù)使用的用運(yùn)載火箭發(fā)射的飛行器，用于進(jìn)入地球軌道，在地球與軌道航天器之間運(yùn)送人員和物資，并滑翔降落于地面。,1984年4月12日，第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)發(fā)射成功。,世界航天,2003年2月1日，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在重返地面的過(guò)程中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機(jī)上的七名宇航員，包括六名美國(guó)人及一名以色列人全部遇難。,無(wú)數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路。,世界航天,“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價(jià)近30億美元，于1990年4月25日由美國(guó)航天飛機(jī)送上高590千米的太空軌道。,哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來(lái)最大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡。它上面的廣角行星相機(jī)可拍攝到幾十到上百個(gè)恒星照片，其清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，其觀測(cè)能力等于從華盛頓看到1.6萬(wàn)千米外悉尼的一只螢火蟲(chóng)。,世界航天,1975年，返回式遙感衛(wèi)星，中國(guó)第一顆返回式衛(wèi)星，用于對(duì)地觀測(cè)，運(yùn)行三天后按計(jì)劃返回地面；中國(guó)是第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家。,1970年，“東方紅”1號(hào)，中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星。中國(guó)是第五個(gè)能自行發(fā)射衛(wèi)星的國(guó)家。,中國(guó)航天,1984年，試驗(yàn)通信衛(wèi)星：“東方紅”2號(hào)，標(biāo)志著中國(guó)是世界上第5個(gè)能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國(guó)家。,通信衛(wèi)星,中國(guó)航天,飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)的國(guó)家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),中國(guó)航天,1992年，中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)“神舟”五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國(guó)第一位航天員楊利偉送人太空,中國(guó)航天,世界航天,盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對(duì)于宇宙