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“神舟八号”与“天宫一号”相关物理知识探究

2011年9月29日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号F”运载火箭将“天宫一号”发射升

空；11月1日，我国“神舟八号”又成功发射；11月3日凌晨，“神舟八号”与“天宫一号”实

现刚性连接，形成组合体，中国首次空间交会对接试验获得成功。这是中国载人航天事业发

展史上的重大里程碑。之后，我国还将发射“神舟九号”“神舟十号”与“天宫一号”交会对接，

组装成能容纳宇航员工作和生活的空间站，为我国开展更大规模的空间探索奠定基础。“神

舟八号”与“天宫一号”交会对接过程中，涉及高中物理中的圆周运动、万有引力定律、开普

勒三定律、宇宙速度和功能关系等知识，2012年高考极可能会有这方面的试题出现，现分

类解读如下，希望对同学们有所帮助。

一、“神舟八号”在交会对接前预定轨道上的运行周期

“神舟八号”这次任务的重点是完成交会对接，为接下来的飞船载人上天进行模拟飞

行。

例1在“长征二号F”运载火箭起飞的第1473s，“神舟八号”与之分离，出于交会对接

的需要，“神舟八号”进入近地点h1=200km，远地点h2=330km的预定椭圆轨道，已知地球

半径R=6.37×106m，地球同步卫星的轨道半径r=4.2×107m，求“神舟八号”在这个预定椭圆

轨道上运行的周期。

解析“神舟八号”在此预定轨道上运行仍为地球的卫星，轨道半长轴

a=■=6.635×106m。

设“神舟八号”在这个椭圆轨道上运行的周期为Ta，又地球同步卫星的轨道半径

r=4.2×107m，周期T=24h，根据开普勒第三定律■=■，则“神舟八号”在这个椭圆轨道上运

行的周期

Ta=T■=1.51h。

点评近年高考联系我国航天热点的试题频频出现，同学们在平时的学习中要多关注

神舟系列飞船、探月工程、宇宙探究等时事热点，并进行相关训练。本题求解时，必须通过

阅读分析，筛选相关信息，建立理想模型列式求解。

二、“神舟八号”与“天宫一号”交会对接过程中轨道的选择、速度的控制

“神舟八号”在进行4次轨道导引，经过5次远距离的速度控制后，在2011年11月3

号凌晨与“天宫一号”进行第一次交会对接，形成组合体，建立无人在轨运行的空间平台。

例2北京飞控中心对“神舟八号”与“天宫一号”的交会对接机构进行测试，确保满足交

会对接要求，“神舟八号”为了追上“天宫一号”（）

A.应从较低轨道上加速

B.应从较高轨道上加速

C.应从同空间站同一轨道上加速

D.无论在什么轨道上只要加速就行

解析“神舟八号”要追上“天宫一号”，不能像汽车或飞机那样，对准目标加速飞去，

因为在同一轨道上“神舟八号”一旦加速，它就离开原来轨道，进入另外一条较高的椭圆轨道。

为了缩短与“天宫一号”的距离，“神舟八号”应该减速，进入一条比原轨道略低的椭圆轨道，

使轨道周期缩短，这样，两者各自绕地球运行，相互间距离就会缩短，经过几次调整，两者

才能逐步在轨道上到达同一位置。

据G■=m（■）2r，得T=2π■。

先让“神舟八号”在低轨上运行，“天宫一号”在高轨道上的运动周期大，“神舟八号”在

低轨道上的运行周期小，然后，“神舟八号”适时加速后做离心运动，使之与“天宫一号”在高

轨道上实现对接，所以选项A对、B错．

若“神舟八号”在同一轨道上只加速，将要离开原轨道向外，所以只加速不减速是不可

能进行对接的，因此选项C、D都错．

故选A。

三、“神舟八号”与“天宫一号”对接过程中的动量、能量

2011年11月3日凌晨，在距离地球350km外的太空中，“神舟八号”抵达距“天宫一

号”约5km的对接入口点，通过地面测控站的引导，逐渐缩短它们之间距离，控制好它们的

速度和姿态，保持较小的相对速度，准备对接，两个庞大的飞行器对接过程必须保证平稳，

不能剧烈摇晃从而影响在轨飞行器的姿态。

例3“神舟八号”与“天宫一号”交会对接前，在太空相距仅几十厘米，相对速度极小，

横向相对误差不超过0.18m才能严丝合缝地连为一体，设“神舟八号