天体与地球运动规律的异同

华兴恒

人造天体在太空中运动和地面上的物体在地表上的运动，既有相同点，又有不同点。我们只有认真地分析、准确地辨别，才能正确地求解此类问题。

一、地球同步通信卫星与赤道上的物体运动规律的异同

大家都知道，地球同步通信卫星之所以会获得这个名称，是因为它虽然是在赤道上空的太空中运行的，但它与地球却是保持相对静止的。它绕地球做匀速网周运动所需的向心力完全是由地球对它的万有引力提供

赤道上的物体与地球同步通信卫星的相同之处是：二者均具有与地球白转相同的运行周期和运行角速度，始终与地球保持相对静止，共同绕地轴做匀速圆周运动。

例1

设地球的半径为R，地球自转周期为T，地球同步通信卫星距赤道地面的高度为h，质量为m.试求此卫星处在同步轨道上运行时与处在赤道地面上静止时的

（1）线速度之比：

（2）向心加速度之比；

（3）所需向心力之比.

解析

由于同步通信卫星在轨道上运行时与处在赤道地面上静止时，具有与地球自转相同的运行角速度，则据此可得

例2

地球同步卫星的轨道半径为

二、人造地球卫星与地面物体受阻运动规律异同

对于地面上做直线运动的物体来说，由牛顿运动定律和运动学规律可知，如果物体受到阻力的作用，必然产生与运动方向相反的加速度而做减速运动，直至最后停下来。还有万有引力的存在。决定人造地球卫星运动状态的主要因素是万有引力，而不是它所受的阻力。

三、航天飞机的对接与地面物体追及的异同

对于地面物体的直线运动来说，当两个运动的物体发生追赶运动时，只要追赶物体的速度大于被迫物体的速度，则一定可以追及，并且追上时，必有追赶物体与被追物体相对于同一起点的位移相同.这是追及问题的必要条件。

对于航天飞机与宇宙空间站的对接，其实际上就是两个匀速网周运动的追赶问题，本质仍然是人造天体的变轨问题。要使航天飞机与宇宙空间站对接成功，必须让航天飞机在较低的轨道上加速，通过速度v的增变速、变轨过程而完成航天飞机与宇宙空间站成功对接。

如图所示是航天飞机与宇宙空间站对接轨道示意图。其中规道1是地球卫星的一个环绕轨道（圆型轨道），轨道3是宇宙空间站的运行轨道，轨道2是一个长轴的两端点Q、P分别相切于轨道1和轨道3的椭网轨道。航天飞机只有从预定的轨道1上的Q点，以一定的速度和加速度沿轨道2的半个椭圆运动，才能恰好在轨道3的P点与宇宙空间站完成对接。

例4

在地球某一圆形轨道上运行的宇宙空间站，是适于人类长期生活的大型人造航天器。“和平号”空间站是人类历史上发射的第九座空间站，其中设有工作舱、过渡舱、服务舱等。自1986年2月进入太空轨道后，先后与五个太空舱对接成功。15年来，“和平号”宇宙空间站先后同90多艘载人航天飞机及货运飞船成功对接，总共接纳了28个长期考察组和30个国际联合考察组，有108名宇航员登上了“和平号”宇宙空间站。“和平号”宇宙空间站于2001年3月23日回收坠入南太平洋。宇航员乘坐航天飞机加速升空进入轨道，与“和平号”宇宙空间站对接后才能进入太空站，航天飞机为了追上并实现与空间站的成功对接，下列说法中正确的是

（

）

A.只能从空间站同一轨道加速

B.只能从较高轨道加速

C.只能从较低轨道加速

D.无论在什么轨道上加速都行航天飞机做远离地球的离心运动而离开宇宙空间站所在的轨道，无法实现与宇宙空间站的对接，因此选项A是错误的.

如果让航天飞机从较高的轨道上采用减小速度、降低轨道而实现与宇宙空间站的对接，则不仅技术无法完成，还应让航天飞机必须穿越宇宙空间站所在轨道而进入更高的轨道，必然会消耗大量的能量，因而这种方法不可取。因此选项B错。

因为要使航天飞机与宇宙空间站对接，首先必须加速追赶；其次由于加速必然导致轨道半径的增大。因而要实现航天飞机与宇宙空间站的成功对接，就必须让航天飞机从较低的轨道上加速，并沿一特定的椭网轨道，使之在宇宙空间站的轨道上实现对接。故选项C正确。

由以上的讨论可知，“无论在什么轨道上加速都行”是绝对不行的，故选项D错误。