航天器在天體引力場作用下

1、航天器在天體引力場作用下，基本上按天體力學(xué)的規(guī)律在空間運(yùn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)方式主要有兩種：環(huán)繞地球運(yùn)行和飛離地球在行星際空間航行。環(huán)繞地球運(yùn)行軌道是以地球?yàn)榻裹c(diǎn)之一的橢圓軌道或以地心為圓心的圓軌道。行星際空間航行軌道大多是以太陽為焦點(diǎn)之一的橢圓軌道的一部分。航天器克服地球引力在空間運(yùn)行，必須獲得足夠大的初始速度。環(huán)繞地球運(yùn)行的航天器，如人造地球衛(wèi)星、衛(wèi)星式載人飛船和空間站等要在預(yù)定高度的圓軌道上運(yùn)行，必須達(dá)到這一高度的環(huán)繞速度，速度方向與當(dāng)?shù)?/p>

2、水平面平行。在地球表面的環(huán)繞速度是7.9千米秒，稱為第一宇宙速度。高度越高，所需的環(huán)繞速度越小。無論速度大于或小于環(huán)繞速度，或者速度方向不與當(dāng)?shù)厮矫嫫叫?，航天器的軌道一般變成一個(gè)橢圓，地心是橢圓的焦點(diǎn)之一。若速度過小或速度方向偏差過大，橢圓軌道的近地點(diǎn)可能降低較多，甚至進(jìn)入稠密大氣層，不能實(shí)現(xiàn)空間飛行。航天器在空間某預(yù)定點(diǎn)脫離地球進(jìn)入行星際航行必須達(dá)到的最小速度叫做脫離速度或逃逸速度。預(yù)定點(diǎn)高度不同，脫離速度也不同。在地球表面的脫離速

3、度稱為第二宇宙速度。從地球表面發(fā)射飛出太陽系的航天器所需的速度稱為第三宇宙速度。實(shí)現(xiàn)恒星際航行則需要更大的速度。航天器主要在萬有引力等自然界外力作用下運(yùn)動(dòng)。航天動(dòng)力學(xué)是研究航天器和運(yùn)載器在飛行中所受的力及其在力作用下的運(yùn)動(dòng)的學(xué)科，又稱星際航行動(dòng)力學(xué)、天文動(dòng)力學(xué)和太空動(dòng)力學(xué)。航天動(dòng)力學(xué)研究的運(yùn)動(dòng)包括航天器的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，稱軌道運(yùn)動(dòng)；航天器相對于自身質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)和各部分的相對運(yùn)動(dòng)，稱姿態(tài)運(yùn)動(dòng)；以及與航天器發(fā)射、航天器軌道機(jī)動(dòng)飛行有關(guān)的火箭運(yùn)動(dòng)。航

4、天器的飛行過程一般分為三個(gè)階段。發(fā)射段：航天器由運(yùn)載器（多級火箭、航天飛機(jī)等）攜帶，從地面起飛達(dá)到預(yù)定的高度和速度。運(yùn)行軌道段：航天器主要在萬有引力等自然界外力作用下運(yùn)動(dòng)。為了保持預(yù)定的軌道，有時(shí)需要少量的推力有時(shí)為了軌道機(jī)動(dòng)則需要較大的推力。降落軌道段：一些航天器需要返回地球表面或者降落在目標(biāo)天體的表面。這時(shí)航天器在火箭推力和介質(zhì)阻力等作用下，離開運(yùn)行軌道降落到天體表面。在以上各個(gè)階段中，航天器的運(yùn)動(dòng)都包含了軌道運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)部分

5、。在運(yùn)行軌道段，一般可以將兩種運(yùn)動(dòng)分別求解。而在發(fā)射段和降落段，兩種運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切，需要聯(lián)立求解。研究航天器的運(yùn)動(dòng)是以牛頓力學(xué)和火箭力學(xué)為基礎(chǔ)的，一般不考慮相對論效應(yīng)。航天動(dòng)力學(xué)以數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制理論為基礎(chǔ)。它的研究內(nèi)容分為軌道運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和火箭運(yùn)動(dòng)三個(gè)部分。廣袤無垠的宇宙中無奇不有。太陽系個(gè)別天然衛(wèi)星的運(yùn)行情況簡直出乎人們的意料。太陽系９大行星中，除水星和金星外，其他７顆行星均有天然衛(wèi)星，只是數(shù)量不同而已，其中地球有１顆天然衛(wèi)星，火星

6、有２顆，木星有６１顆，土星有３１顆，天王星有２１顆，海王星有１１顆，冥王星有１顆，共計(jì)１２８顆天然衛(wèi)星。航天探測和天文觀測結(jié)果表明，它們中的幾顆衛(wèi)星，運(yùn)動(dòng)情況怪異，令人備感新奇。共用一條軌道１９８０年１１月１２日，美國“旅行者１號”航天器，從距土星１２萬公里處飛掠而過，對土星及其衛(wèi)星進(jìn)行了大范圍的掃描，拍攝了１萬多張照片，并用無線電信號將資料發(fā)回地球?？茖W(xué)家從這些資料中發(fā)現(xiàn)，土星第四顆衛(wèi)星（簡稱土衛(wèi)四）的軌道上還有一顆小衛(wèi)星，這一發(fā)現(xiàn)改

7、變了以前人們關(guān)于衛(wèi)星環(huán)繞行星旋轉(zhuǎn)各有自己一條專門軌道的認(rèn)識，王星質(zhì)量的１／８５。由于與太陽系中的其他行星和其衛(wèi)星相比，這兩個(gè)天體的大小非常接近，因此也有人將它們視為“雙行星”。此二者的距離約為１９萬公里，僅為地月距離的１／２０。如果在冥王星上看卡戎，它會(huì)比人類在地球上看到的月亮大７倍。更奇特的是，冥王星的自轉(zhuǎn)周期為６３８７２天，卡戎環(huán)繞冥王星旋轉(zhuǎn)的周期也是６３８７２天，兩者轉(zhuǎn)動(dòng)的周期完全相同。這就是說，假如在冥王星上觀察卡戎，它就始終固

8、定在冥王星赤道上空的某一點(diǎn)，成為太陽系中惟一的同步天然衛(wèi)星，猶如人類發(fā)射的定點(diǎn)于地球赤道上空靜止軌道上的衛(wèi)星一樣。同時(shí)，卡戎的自轉(zhuǎn)周期也是６３８７２天，與它繞冥王星旋轉(zhuǎn)的周期一樣長，結(jié)果使它始終以同一面朝向冥王星，猶如月球?qū)Φ厍蛞粯?。不過地球不到２４小時(shí)即自轉(zhuǎn)一周，故在月球上可以看到地球的全貌，而冥王星自轉(zhuǎn)周期亦是６３８７２天，因此在卡戎上只能看到冥王星的一面。這種冥王星的自轉(zhuǎn)周期、卡戎的自轉(zhuǎn)周期和環(huán)繞周期３者完全相同的３重同步現(xiàn)象，使

9、冥王星和卡戎就像兩個(gè)面對面跳舞的人一樣，彼此都看不見對方的背面。此種景象在太陽系中是獨(dú)一無二的。航天技術(shù)的發(fā)展和地面觀測的配合，揭示了太陽系天然衛(wèi)星的許多秘密。這既豐富了人類的知識，又向科學(xué)家們提出許多新的研究課題。由此人們可以領(lǐng)略到科學(xué)技術(shù)的無窮魅力。航天器在軌道平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀為以地心為焦點(diǎn)的圓錐曲線。視軌道偏心率的不同，軌道形狀可以為圓、橢圓、拋物線或雙曲線的一葉。在軌道偏心率等于0時(shí)，軌道形狀為圓；在軌道偏心率大于0且小于1