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第一步：准备就绪航天飞行按以下程序进行：飞船和运载火箭在技术厂房按垂直组装和垂直测试的一系列程序完成技术准备工作后，整体垂直运输到脐带塔，并进行最后的功能检查。
一切准备就绪后，火箭一级发动机及4个助推器同时点火。
火箭升空，开始程序转弯，火箭继续飞行，抛逃逸塔，助推器分离，火箭一级二级分离，整流罩分离。
二级发动机关机，随后船箭分离，飞船入轨。
入轨后，飞船捕获地球，建立轨道运行姿态，展开太阳电池帆板并对太阳定向。
飞船入轨一段时间后，地面测控系统提供初始轨道数据，并通过测控站和测控船对飞船注目，飞船按预定轨道环绕地球飞行，飞行一周约90分种。
当飞船进入海陆测控区时，飞船上的设备开机工作，发射遥测信息，接收遥控信息。
在海陆测控区外，短波通信机工作。
飞船在环绕地球飞行规定的圈数和完成科学试验任务后返回，在返回前由地面站和测量船发出调姿指令。
轨道舱与返回舱分离，建立返回制动姿态。
飞船制动进入返回轨道，返回舱降低至140公里的高度时，推进舱与返回舱分离，在降至100公里时，返回舱进入再入姿态调整，约80公里时，返回舱再入稠密大气层，进入黑障区后，通信中断，约40公里高度时，出黑障区，通信恢复。
在返回舱再入大气层后，着陆场地面雷达站和测量站跟踪捕获目标，测量返回轨道，预报返回舱着陆点。
在约10公里高度时，返回舱抛撒舱盖，拉出引导伞和辅助引导伞，拉出减速伞，减速伞分离，拉出主伞，主伞张开，抛返回舱防热大底，返回舱从斜吊挂状态改为垂直吊挂，当下降到离地面约1米左右高度时，着陆缓冲发动机工作，返回舱着陆。
随后，截断主伞，抛天线罩，弹出回收信标天线，发射信标。
空中搜索直升机和地面搜索车辆发现目标后迅速赶往着落地点回收返回舱。
至此，这次神州号的飞行任务就结束了。
飞船和运载火箭在技术厂房按垂直组装和垂直测试的一系列程序完成技术准备工作后，整体垂直运输到脐带塔，并进行最后的功能检查。
第二步：火箭发射一切准备就绪后，火箭一级发动机及4个助推器同时点火。
第六章万有引力与航天学案5 宇宙航行目标定位1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.3.了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况.知识探究自我检测一、宇宙速度知识探究 问题设计牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图1所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星.据此思考并讨论以下问题：图1(1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？答案 当抛出速度较小时，物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动.(2)若地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度.并求此时速度的大小(已知地球半径R＝6 400 km，地球质量M＝5.98×1024 kg)要点提炼宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度.＝ km/s7.91.第一宇宙速度vⅠ(1)推导(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的运行速度.2.第二宇宙速度v Ⅱ＝ km/s ，是从地面上发射物体并使之脱离束缚的 发射速度，又称脱离速度.3.第三宇宙速度v Ⅲ＝ km/s ，是从地面上发射物体并使之脱离束缚的 发射速度，又称逃逸速度.最小最小最大11.2地球最小16.7太阳二、人造地球卫星的运动特点问题设计如图2所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上.b、c的圆心与地心重合.图2(1)卫星绕地球做匀速圆周运动，a、b、c中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？答案 b、c轨道都可以.因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b、c轨道都可以，a轨道不可以.(2)根据万有引力定律和向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.要点提炼地心1.所有卫星的轨道平面均过 .2.卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：(1)a ＝ ，r 越大，a 越 .(2)v ＝ ，r 越大，v 越 .(3)ω＝ ，r 越大，ω越 .(4)T ＝ ，r 越大，T 越 .大小小小三、同步卫星问题设计同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，和地球自转的周期相同，即T＝24 h.已知地球的质量M＝6×1024kg，地球半径R＝6 400 km，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2.请根据以上信息以及所学知识探究：(1)同步卫星所处的轨道平面.答案 假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方跟着地球的自转做同步地匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力的一个分力提供.由于另一个分力的作用将使卫星轨道靠向赤道，故只有在赤道上方，同步卫星才能稳定的运行.(2)同步卫星的离地高度h.要点提炼同步卫星的特点1.定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内.2.定周期：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h.3.定高度(半径)：离地面高度为36 000 km.4.定速率：运行速率为3.1×103 m/s.典例精析一、宇宙速度的理解例1 假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的( )答案 B例2 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度的大小.二、卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系例3 如图3所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a 和b 的质量相等，且小于c 的质量，则( )A.b 所需向心力最小B.b 、c 的周期相等且大于a 的周期C.b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D.b 、c 的线速度大小相等，且小于a的线速度图3解析 因卫星运行的向心力就是它们所受的万有引力，而b所受的引力最小，故A对.答案 ABD三、对同步卫星规律的理解及应用例4 我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( )A.运行速度大于7.9 km/sB.离地面高度一定，相对地面静止C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等解析 “中星11号”是地球同步卫星，距地面有一定的高度，运行速度要小于7.9 km/s，A错.其位置在赤道上空，高度一定，且相对地面静止，B正确.同步卫星与静止在赤道表面的物体具有相同的角速度，但半径不同，由a＝rω2知，同步卫星的向心加速度大，D错.综上分析，正确选项为B、C.答案 BC课堂要点小结第一宇宙速度三种宇宙速度宇宙航行宇宙航行自我检测A.0.4 km/sB.1.8 km/sC.11 km/sD. 36 km/s解析 星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度.卫星所需的向心力由万有引力提供，因此B项正确.答案 B2.(人造卫星的运动规律)我国发射的“天宫一号”和“神舟十号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km，“神舟十号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( )A.“天宫一号”比“神舟十号”速度大B.“天宫一号”比“神舟十号”周期长C.“天宫一号”比“神舟十号”角速度大答案 B3.(人造卫星运动的规律)如图4所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是( )图4B.运转角速度满足ωA＞ωB＞ωCC.向心加速度满足a A＜a B＜a CD.运动一周后，A最先回到图示位置答案 C4.(对同步卫星的理解及应用)关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( )A.若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B.它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C.它以第一宇宙速度运行D.它运行的角速度与地球自转角速度相同同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，B错.第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C错.所谓“同步”就是卫星保持与地面赤道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D对.答案 D。
物理大视野同步卫星发射的两种方法一是直线发射，火箭把卫星发射到36 000 km的赤道上空，然后做90°的转折飞行，使卫星进入轨道．这种方法在整个发射过程中，火箭都处于动力飞行状态，要消耗大量燃料，还必须在赤道上设置发射场，有一定的局限性．另一种方法是变轨发射，即先把卫星发射到高度为200 km—300 km的圆形轨道上，这条轨道叫停泊轨道．当卫星穿过赤道平面时，末级火箭点火工作，使卫星进入一条大的椭圆轨道，其远地点恰好在赤道上空36 000 km处．这条轨道叫转移轨道．当卫星到达远地点时，再开动卫星上的发动机，使之进入同步轨道，也叫静止轨道．这种方法运载火箭消耗的燃料较少，发射场的位置也不受限制，但这种方法在操作和控制上都比较复杂．如图所示，先将卫星发射到近地轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点.发射时，要清楚点火指瞬时加速，这样F供＜F需，卫星就要向更高的轨道上运动，在运动的过程中，卫星要克服引力做功，动能减少，势能增加．因此卫星越高，动能越小，这并不矛盾．还要清楚在轨道3上的P点和轨道2上的P点，二者的加速度相同，因为它们在同一地点，所受的力只有万有引力．人类对宇宙的新探索茫茫宇宙，无边无沿，无始无终．清晨，太阳从东方升起，到了黄昏又从西方落下；夜晚，繁星点点，月亮或圆或缺．生活在地球上的人们，遥望苍穹，面对那神奇的天体，怎能不浮想联翩，遐思万种?在人类还没有撩开宇宙那厚厚面纱的时候，人们对太阳、月亮和星星，有着丰富的想象，创作了许多脍炙人口的神话故事，诸如“夸父追日”“嫦娥奔月”．然而，神话只能是神话，它无法揭开宇宙的奥秘．宇宙究竟是怎么回事?地球在宇宙的位置是怎样的?在太阳、月亮和星星的上面有什么，它们与地球有什么关系?如此等等，这些难解的问题，始终困扰着人类．千百年来，人们十分渴望揭开天体的秘密，有臆想，也有实实在在的科学研究．自从1961年4月12日苏联宇航员加加林首次乘坐“东方1号”宇宙飞船绕地球一圈后，人类踏入太空已经43年了，在这40多年的时间里，人类不但踏上了月球，而且还在太空建起了空间站．然而毫无疑问，太空探索是一条充满荆棘的不平坦之路，在这条道路上，人类依然任重道远，还会遇到各种坎坷，但只要有坚定的信念，人类必将在太空探索过程中取得更大的成就．宇宙探测的发展从古代起，人们就幻想穿过地球大气层，飞上太空．1957年10月，原苏联用火箭把第一颗人造地球卫星送上了天，开创了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代．例如，各种科学卫星和空间探测器上天后，发现了地球大气层外还有磁层；宇宙中存在着大量的X 射线、γ射线．还测量了许多行星A面的物理特性和化学成分．20世纪60年代以来，各种载人飞船、航天站、航天飞机先后进入太空，实现了在没有地球大气干扰的情况下，人类对月球、大行星的逼近观测和直接取样观测，以及对宇宙空间环境的直接探测，极大地充实和丰富了人类对于太阳系和宇宙的知识．宇宙探测的发展，不仅使人们进一步了解了地球的宇宙环境，而且还影响和改变着人们的社会生活．例如，人们利用卫星进行军事侦察、空间通信、气象观测，以及寻找资源、为飞机导航等，从中获得了许多实际利益．开发宇宙从1957年世界第一颗人造卫星上天，到1981年世界第一架航天飞机试航成功，在这短短的24年中，人类对宇宙的认识，已经从空间探索阶段逐步进入到了空间开发利用的新阶段．我国的航天事业起步于20世纪50年代中期，现在已经步入世界上航天技术先进国家的行列．人类进入宇宙空间并开始适应、研究、认识、开发和利用空间环境，这是人类文明史上的一次大飞跃．宇宙环境蕴藏着丰富的自然资源．空间资源．利用极其辽阔的宇宙空间，人造卫星可以从距离地球数万千米的高度观测地球，迅速、大量地收集有关地球的各种信息：利用高真空、强辐射和失重等地面实验室难以模拟的物理条件，可以在卫星上进行各种科学实验．例如在生物卫星上研究失重对昆虫、微生物、植物的生长、发育和代谢的影响．太阳能资源．太阳能是地球上最重要的能源．但是，其绝大部分能源不能穿透地球大气层到达地表．如何最大限度地利用太阳能，是摆在科学家面前的科研课题．矿产资源．科学家们对航天员从月球上带回的月岩标本进行了分析，发现月岩中含有地壳里的全部元素和约60种矿藏，还富含地球上没有的能源氦3，它是核聚变反应堆理想的燃料．此外，在火星和木星之间的轨道上运行着成千上万颗小行星，其中不少小行星富含矿体．空间开发活动，无论规模和技术，还是经济投入，都已不是一个国家所能独立完成的．因此，空间资源开发的一个趋向是日益走上国际合作的道路．。
