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)律在空間運動。它的運動方式主要有兩種：環(huán)繞地球運行和飛離地球在行星際空間航行。環(huán)繞地球運行軌道是以地球為焦點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之一的橢圓軌道的一部分。航天器克服地球引力在空間運行，必須獲得足夠大的初始速度。環(huán)繞地球運行的航天器，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行，必須達到這一高度的環(huán)繞速度，速度方向與當?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?shù)厮矫嫫叫?，航天器的軌道一般變成一個橢圓，地心是橢圓的焦點之一。若速度過小或速度方向偏差過大，橢圓軌道的近地點可能降低較多，甚至進入稠密大氣層，不能實現(xiàn)空間飛行。航天器在空間某預(yù)定點脫離地球進入行星際航行必須達到的最小速度叫做脫離速度或逃逸速度。預(yù)定點高度不同，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動。航天動力學(xué)是研究航天器和運載器在飛行中所受的力及其在力作用下的運動的學(xué)科，又稱星際航行動力學(xué)、天文動力學(xué)和太空動力學(xué)。航天動力學(xué)研究的運動包括航天器的質(zhì)心運動，稱軌道運動；航天器相對于自身質(zhì)心的運動和各部分的相對運動，稱姿態(tài)運動；以及與航天器發(fā)射、航天器軌道機動飛行有關(guān)的火箭運動。航

4、天器的飛行過程一般分為三個階段。發(fā)射段：航天器由運載器（多級火箭、航天飛機等）攜帶，從地面起飛達到預(yù)定的高度和速度。運行軌道段：航天器主要在萬有引力等自然界外力作用下運動。為了保持預(yù)定的軌道，有時需要少量的推力有時為了軌道機動則需要較大的推力。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天體的表面。這時航天器在火箭推力和介質(zhì)阻力等作用下，離開運行軌道降落到天體表面。在以上各個階段中，航天器的運動都包含了軌道運動和姿態(tài)運動兩個部分

5、。在運行軌道段，一般可以將兩種運動分別求解。而在發(fā)射段和降落段，兩種運動關(guān)系密切，需要聯(lián)立求解。研究航天器的運動是以牛頓力學(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)容分為軌道運動、姿態(tài)運動和火箭運動三個部分。廣袤無垠的宇宙中無奇不有。太陽系個別天然衛(wèi)星的運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，運動情況怪異，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。科學(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，成為太陽系中惟一的同步天然衛(wèi)星，猶如人類發(fā)射的定點于地球赤道上空靜止軌道上的衛(wèi)星一樣。同時，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)運動軌跡的形狀為以地心為焦點的圓錐曲線。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，軌道形狀為圓；在軌道偏心率大于0且小于1