航天领域的物理知识研究

摘要：物理作为一门来自于生活的学科，在实际学习过程中，可以与生活之间形成较为直接的联系，尤其是在我国科学研究领域，物理知识的应用更加广泛。本文以高中生的视角，对航天领域的物理知识应用进行分析，加深人们对高中物理知识的认识。

关键词：航天；航空；物理知识；高中

通过分析近年来高考物理的题型可以看出，航空航天题型的出现频率较高，这与近年来我国在航空航天领域的研究不断深入不无关系。在高中物理知识体系中，与航空航天相关的知识主要为力学和运动学部分，对相关知识点的学习，有助于解决高中物理考试中与航空航天相关的题目类型。

一、物理知识在航天领域的应用

随着我国在太空探索领域研究的快速发展，以及长期宇宙探索过程中积累的大量经验，我国终于在2003年10月15日发射了第一艘载人飞船，完成了中华民族外太空探索道路上的一次飞跃。即载人航天成功以后，我国开始着手宇宙空间站的建设，依靠“长征”系列运输火箭在宇宙中组建“天宫”空间站，为我国航天工作的进一步开展奠定了基础。在我国探索太空的道路上，物理知识为其提供了重要保障，中间就涉及到高中阶段的物理知识。

（一）神奇的宇航服

在我国探载人航天之路上，翟志刚身穿宇航服出舱活动的过程最为人们心动，这意味着中国造宇航服完全能够适应太空环境，并为我们的宇航员提供可靠的保护。

众所周知，太空环境属于高真空状态，当宇航员进入太空之后，宇航服需要为宇航员提供与地球相类似的内部气压环境，如此一来，在宇航服的内外两侧将形成巨大的气压差，因此，在宇航服的设计过程中，就应当考虑到气压差的问题。除此之外，宇航服的神奇之处还有很多。

首先，宇航服的第一层为隔热层，避免因宇宙环境中温度的剧烈变化对宇航员造成的影响；其次，为保证宇航员身体热量的稳定，需要进行稳定的散热，宇航服第二层的液冷层就实现了这一功能，相比较气体导热来说，液体的导热效率更高；宇航服最外面的一层就是多功能层，除具备防磨、防辐射等功能外，宇航服的各种数字化接口也在这一层。

由此可见，现代宇航服的功能已经丰富了很多，且功能更为全面，对深处茫茫宇宙的宇航员来说，宇航服就是一把保护伞，为宇航员提供了系统化的生命安全保障。

（二）“相对静止”的“风云二号”

“风云二号”是我国自主研制和发射的气象多功能卫星，与其它类型卫星不同的是，“风云二号”是一颗地球同步轨道卫星，这种卫星与地球之间处于相对静止状态，通过实时监测我国范围内的大气环境变化来预测天气。

同步轨道卫星是一种处于万有引力和离心力互相平衡状态下的卫星，根据高中物理中地球同步轨道的定义，“风云二号”具有四个方面的特点：第一，“风云二号”的运行方向与地球自转的方向相同；第二，“风云二号”卫星的轨道倾角为0°；第三，“风云二号”卫星轨道的偏心率为0，保持正圆形轨道运转；第四，“风云二号”距离地球表面的高度与其它同步轨道卫星一致，均为35786公里。

二、航天类物理题中的物理知识

高中物理中与航天相关的知识主要包括力学和运动学两大部分，其中所涉及到的题型种类多变，但是，考察范围却大致相同。

（一）万有引力

高中物理考试中，万有引力大多与航天类型题目相关，并且，此类题目在高考中出现的概率较以往明显增加。

例1：在地球某一椭圆轨道上，人造卫星正以速度VA从近地点A处向远地点B处运动，其中，A点距离地球中心O的距离为a，远地点B距离地球中心O的距离为b，计算当人造卫星运动到B点出的速度大小？

位于该问题的求解，需要意识到万有引力的存在，否则，卫星不可能在无外力的情况下保持曲线运动，根据曲率半径的定义，人造卫星在椭圆轨道的近地点A和远地点B的曲率半径R是相同的，由此可以得出：

近地点GmM[]a2=mV2A[]R（1）

远地点GmM[]b2=mV2B[]R（2）

由①和②可知：VB=a[]bVA（3）

（二）人造卫星控制中的高中物理知识

在发射人造卫星的过程中，人造卫星的最终轨道高度并不是一次完成的，而是需要通过几次特定轨道的变轨控制才能够达到预定轨道。首先需要明确的是，人造卫星的运动过程符合物理学中的能量守恒定律，为摆脱地球引力作用，需要使用大量燃料利用运载火箭将卫星送入太空，

在早期轨道上的卫星依然受到向心力的作用，并且，该向心力要大于离心力，如不调整轨道或增加自身速度，将导致卫星坠入大气层。

根据力的平衡关系式可以得出卫星的轨道方程为：r=P1+ecosθ

（4）

P：人造卫星轨道的焦点参数；

e：人造卫星轨道的偏心率；

θ：人造卫星的角位置；

r：人造卫星的轨道半径。

根据以上参数，在实际卫星发射过程中，可以通过调节对应参数来控制卫星轨道的变化。这里需要注意的是，以上参数的调节均需要通过改变卫星速度的方式来实现，由于卫星携带燃料有限，应选择最佳的参数调整方案，避免染料的过度消耗。

三、总结

航天技术的发展情况，是一个国家综合國力和科学技术发展水平的标志，随着我国在航天领域的发展，航天工业中的相关技术也逐渐应用于人们生活中的各个方面。作为一名高中生，除认识到航天领域的物理知识外，还应当学习我国航天人一丝不苟的科研精神，认真学习，夯实基础知识体系，使自己成为对国家建设有用的人才。

参考文献：

[1]李岸芷.高中物理知识在航天航空方面应用研究[J].科技视界，2017（16）.

[2]张竞豪.探析航天航空领域中的物理知识[J].数理化解题研究，2017（04）.

[3]张健，王鸣晓，赵大鹏.航天技术中的物理学原理[J].科技与创新，2015（12）.

作者简介：王卓群（2000），男，汉族，山东嘉祥人。