同步卫星备课资料.docVIP

备课资料 一、地球同步卫星的发射与椭圆转移轨道 发射人造地球卫星的运载火箭一般为三级，其发射后的飞行过程大致包括垂直起飞、转弯飞行和进入轨道这样三个阶段. 由于在地球表面附近大气稠密，对火箭的阻力很大，为了尽快离开大气层，通常采用垂直向上发射（垂直发射的另一个优点是容易保持飞行的稳定性）.到第一级火箭脱离时，火箭已穿出稠密的大气层.此后第二级火箭点火继续加速.当第二级火箭脱离后，火箭已具有足够大的速度，这时第三级火箭并不立即点火，而是靠已获得的巨大速度继续升高，并在地面控制站的操纵下，使火箭逐渐转弯而偏离原来的竖直方向，直至变为与地面平行的水平方向.当火箭到达与预定轨道相切的位置时，第三级火箭点火，火箭继续加速达到卫星在其轨道上运行所需的速度而进入轨道.至此，火箭已完成了其运载任务，随即与卫星脱离.刚脱离时，卫星与第三级火箭具有相同的速度并沿同一轨道运动.由于在卫星轨道处仍有稀薄气体存在，而卫星与火箭的外形不同，致使两者所受阻力不同，因而两者的距离逐渐拉开.此后，一般卫星将按预定计划沿椭圆轨道运行，火箭则在落回地球时与稠密的大气层摩擦而烧毁. 地球同步卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，绕地球一周所需的时间与地球自转周期严格相等，为T=23小时56分4秒.这样，每隔24小时，地球与同步卫星一起转过一圈再加上在地球公转轨道上（绕太阳）转过3 600的1/365.所以从地面上看，卫星好像是静止在赤道上空某点的正上方固定不动，因此称为地球轨道静止同步卫星，简称地球同步卫星或同步卫星. 同步卫星轨道离地面的高度h和运行速度v可由匀速圆周运动的规律求出.设地球质量为M，半径为R、自转周期为T，卫星的质量为m，则有h=-R=3.578×107 m/s;v= =3.075×103 m/s. 这表明同步卫星的轨道半径和运行速度都是严格确定的，因此，发射同步卫星时的精度要比一般卫星高得多. 发射同步卫星通常采用一个椭圆形的中间转移轨道作为过渡.卫星可在地面上任何地点发射.首先由运载火箭的第一级和第二级依次启动，使火箭垂直向上加速.到第二级火箭脱离后，转弯进入一个高度较低的圆形轨道作短暂停泊，这一轨道称为初始轨道或停泊轨道.在此轨道上运行少许时间后，第三级火箭点火，使装有远地点发动机的卫星进入一个椭圆形的轨道，称为转移轨道又叫霍曼（Hohman）轨道.该轨道所在平面与赤道平面的夹角因发射地点不同而异，但椭圆的远地点和近地点都在赤道平面内，远地点与同步轨道相交.进入转移轨道后，卫星与第三级火箭脱离，同时启动卫星两侧的切向喷嘴，使卫星开始自旋.在转移轨道上绕行几圈的过程中，地面控制站要对卫星的姿态进行调整.当卫星到达转移轨道的远地点时，启动卫星上的远地点发动机，使它改变航向，进入地球赤道平面；同时加速卫星，使之达到在同步轨道上运行所需的速度.然后还需对卫星的姿态作进一步调整，这样才能准确地把卫星定点在赤道上空的同步轨道上. 二、中国——火箭的故乡 追溯源头，中国是最早发明火箭的国家.“火箭”这个词在三国时代（公元220—280年）就出现了.不过那时的火箭只是在箭杆前端绑有易燃物，点燃后由弓导射出，故亦称“燃烧箭”.随着原始火药的出现，火药便取代了易燃物，使火箭迅速应用到军事中.唐末宋初（公元10世纪）已经有火药用于火箭的文字记载.北宋的军官冯继升、岳义方、唐福等曾向朝廷献过火箭及火箭法.这时的火箭虽然使用了火药，但仍由弓弩射出.真正靠火药喷气推进而非弓弩射出的火箭的外形，被记载于明代等元仪编著的《武备志》中. 这种原始火箭虽然没有现代火箭那样复杂，但已经具有战斗部（箭头）、推进系统（火药筒）、稳定系统（尾部羽毛）和箭体结构（箭杆），完全可以认为是现代火箭的雏形. 中华民族不但发明了火箭，而且还最早应用了串联（多级）和并联（捆绑）技术以提高火箭的运载能力.明代史记中记载的“神火飞鸦”就是并联技术的体现；“火龙出水”就是串、并联综合技术的具体运用. 世界上第一个试图乘坐火箭上天的“航天员”也出现在中国.相传在14世纪末期，中国有位称为“万户”的人，两手各持一大风筝，请他人把自己绑在一把特制的座椅上，座椅背后装有47支当时最大的火箭（又称“起火”）.他试图借助火箭的推力和风筝的气动升力来实现“升空”的理想.“万户”的勇敢尝试虽遭失败并献出了生命，但他仍是世界上第一个想利用火箭的力量进行飞行的人.今天，为了纪念这位传奇式的人物，国际上将月球表面东方海附近的一个环形山以“万户”命名. 虽然我们的祖先发明了火药、火箭，但由于长期的封建统治，致使中华民族的聪明才智得不到充分发挥，科学技术因而停滞不前.尽管欧洲人在中国发明火箭的几百年后才学会使用火箭，然而现代火箭技术还是首先在欧洲得到了迅速发展.13—14世纪，中国的火箭技术与其他火药兵器一同传到阿拉伯、印度，后又传