卫星变轨的举例 (同一行星的人造卫星变轨后,其机械能是否改变?)

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$卫星变轨的举例$

卫星变轨的举例

人造卫星、宇宙飞船（包括空间站）在轨道运行的过程中，常常需要变轨。除了规避“太空垃圾”对其的伤害外，主要是为了保证其运行的寿命。据介绍，由于受地球引力影响，人造卫星、宇宙飞船（包括空间站）运行轨道会以每天 100米左右的速度下降。这样将会影响人造卫星、宇宙飞船（包括空间站）的正常工作，常此以久将使得其轨道越来越低，最终将会坠落大气层。据俄罗斯飞行控制中心2010年2月21日凌晨宣布，国际空间站运行轨道当天顺利提升了6.2公里，为俄罗斯载人飞船及美国航天飞机与空间站对接创造了条件。

此次轨道提升从莫斯科时间21日零时15分(北京时间21日5时15分)开始，对接在国际空间站“星辰”服务舱上的俄“进步 M－04M”货运飞船的8个发动机被启动，并工作了1557秒，从而使国际空间站运行轨道提升了6.2公里，最后到达距地球约349公里的太空轨道，整个过程是在自动状态下完成的。飞船的发动机向后喷气将会获得向前的加速度，飞船的姿态将发生变化。那么从物理学角度如何来分析这个变轨过程？按照人造卫星运行的规律，其在轨的运行速度V大小由下列公式决定：

其中G为万有引力恒量，M为地球的质量，r为人造卫星的轨道半径（地球半径R + 人造卫星距地面高度h）。从以上公式可以看出，在轨的人造卫星其速度完全由轨道半径大小决定：与其的平方根成反比——轨道半径越小的，其速度越大（贴地球表面飞行，其速度最大，即为第一宇宙速度7.9千米/秒）;轨道半径越大的，其速度越小。在变轨过程中，人造卫星由低轨道调整到高轨道，其轨道半径增加，那么运行速度将比原来的小。根据上面的公式，我们可以计算出随着人造卫星轨道半径增加，其运行速度（变化）的数据：从以上表格的数据可以看到，随着人造卫星轨道半径的增加（距地面高度的增加），其运行速度越来越小。高度每增加50千米，速度约会减小28米/秒（不是线性减小）。这次国际空间站运行轨道提升了6.2公里，其运行速度只减小了3米/秒。有人可能对此会提出疑问——明明是飞船发动机喷气加速，那么在变轨过程中，飞船的速度应该是逐渐增加的。

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