美国“嗅碳”卫星坠毁南极洲

杨先发

2009年2月24日，美国首颗专门用于观测研究大气中二氧化碳的“嗅碳”卫星在发射升空过程中出现“意外”，最终因“金牛座”XL运载火箭的整流罩没能按计划与火箭分离而“星箭俱毁”。这颗价值2.78亿美元的卫星最终坠落在南极洲附近海域，火箭残骸携带有大量有毒燃料和其他物质。美国“嗅碳”卫星的主要任务是绘制完整的大气二氧化碳循环地理分布图，为研究气候变化提供更多科学依据。据美国宇航局介绍，若这颗自重400多公斤的卫星在600公里高的轨道上运行，每16天可采集到大约800万个全球二氧化碳精确测量数据。

此“嗅碳”卫星是于太平洋时间2009年2月24日1时55分（北京时间2009的2月24日17时55分）从加利福尼亚州范登堡空军基地搭乘“金牛座”XL运载火箭升空的，从火箭点火到火箭的第一和第二级、第二和第三级依次分离等过程都比较顺利。当火箭发射升空约15分钟后，美国宇航局透露了整流罩没能与火箭分离的消息。专家称，各国对这一故障的补救措施非常有限。

1． 关于美国这颗“嗅碳”卫星从发射升空到最终坠落在南极洲附近海域的过程中，下列说法正确的是（）

A． “嗅碳”卫星在发射升空的过程中，卫星处于失重状态

B． “嗅碳”卫星在发射升空的过程中，卫星处于超重状态

C． “嗅碳”卫星出现“意外”到坠落在南极洲附近海域的过程中，卫星处于失重状态

D． “嗅碳”卫星出现“意外”到坠落在南极洲附近海域的过程中，卫星处于超重状态

2． “嗅碳”卫星搭乘“金牛座”XL运载火箭升空，从火箭点火到火箭的第一和第二级、第二和第三级依次分离等过程都比较顺利。“金牛座”XL运载火箭的最后一级以v₀=7.6 km/s的速度飞行，这一级火箭由一个质量为m=180 kg的仪器舱和一质量为M=360 kg的火箭壳（在仪器舱后面）扣在一起。当松开后，它们之间的压缩弹簧使两者分离，这时仪器舱相对于火箭的速度为0.9 km/s。设所有速度都在同一直线上，则两者分开后仪器舱的速度大小是（）

A． 7 km/s B． 7.9 km/s

C． 8.2 km/s D． 9.1 km/s

3． 美国这颗价值2.78亿美元的“嗅碳”卫星因“金牛座”XL运载火箭的整流罩没能按计划与火箭分离而最终坠落在南极洲附近海域，若“嗅碳”卫星在离海平面很近的某高处向下加速运动，经过时间t0落至地面。已知在“嗅碳”卫星运动过程中“嗅碳”卫星所受的空气阻力恒定。则关于“嗅碳”卫星的机械能随时间的变化图象可能正确的是（）

4． “嗅碳”卫星搭乘“金牛座”XL运载火箭残骸携带有大量有毒燃料和其他物质。如图1是观察光的薄膜干涉现象的实验装置，图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将此装置带入太空，假设仍然能够像图（a）那样点燃酒精灯，则下列关于这个实验的说法中正确的是（）

A． 将该实验装置在匀速圆周运动的“空间站”中做实验，仍可观察到类似地球上的干涉条纹

B． 将该实验装置在匀速圆周运动的“空间站”中做实验，将观察不到类似地球上的干涉条纹

C． 将该实验装置移到月球上做实验，仍可观察到类似地球上的干涉条纹

D． 将该实验装置移到月球上做实验，将观察不到类似地球上的干涉条纹

5． “嗅碳”卫星发射时，也准备将其先发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送至原计划圆轨道3运行，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点。如图2所示,则卫星分别在1、2、3轨道上运行时，以下说法正确的是（）

A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B. 卫星在轨道3上的机械能大于在轨道1上的机械能

C. 卫星在轨道1上经过Q点时的速度大于它在轨道2上经过Q点时的速度

D. 卫星在轨道2上经过P点的速度小于它在轨道3上经过P点时的速度

6． “嗅碳”卫星在地球表面上未发射时受到地球对它的引力为4 335 N，发射升空过程出现“意外”时，“嗅碳”卫星受到地球的引力减小至3 840 N。已知地球半径为R=6.4×10⁰ km，求“嗅碳”卫星发生“意外”时距地面的高度h是多少？

7． 据美国宇航局介绍，若这颗自重400多公斤的卫星在600公里高的轨道上运行，每16天可采集到大约800万个全球二氧化碳精确测量数据。通过这些数据能测出整个大气中二氧化碳的含量，若测得二氧化碳的含量为整个大气层的P%，又已知地球半径约为R，空气的摩尔质量约为M₀，一个标准大气压约为P₀。利用以上数据可估算出地球表面大气中二氧化碳的体积V为多少？ （若地球大气层的重力加速度均为g，标准状态下1 mol气体的体积为v）