对好些同学来讲哇,圆周运动学得还行,然而面对同样归属圆周运动范畴的天体运动问题时却毫无办法只能干瞪眼,感觉特别生疏难懂!好不容易对卫星进行圆周运动的问题勉强能够接受了,可还得考虑它的变轨情形,实在感觉力不从心。这事情怪不得你呀,原本人性就是对于空间上离自身距离近的事物理解起来相对容易些,对于天体那样遥远的东西存在一种莫名的排斥情绪,这实属正常状况。
下边咱们捋下卫星变轨运行分析。
咱们首先得去获悉,卫星正常运行时的轨道呈现出何种样子,下面的这幅图,便是极地卫星以及赤道卫星的轨道示意图形 。
水平大圆是赤道卫星轨道,竖直圆是极地卫星
除此以外,还存在着更为一般的轨道情形,具体呈现为如下这般,即卫星轨道平面同赤道平面形成了某一特定夹角的状况 。
那咱们以最熟悉的地球同步卫星的变轨为例来研究这个问题。

地球同步卫星又被称作通信卫星,其运行时长均为24小时,然而,此卫星的运行轨道并非随意设定,因它在天空中运行时仅受地球的万有引力作用,且万有引力指向地球球心,哪怕卫星试图绕着非赤道的某一纬度运行,最终也会因万有引力的作用而被拉至赤道附近,最终于赤道上空的某一固定高度与地球同步运行;当然,也存在如上图那般的普通轨道卫星,它最多与地球自转周期相同,却无法像赤道同步卫星那样相对地球保持静止。哪怕它是卫星,那也没办法避免要发射这件事,因而才存在发射速度这个问题,有些同学对于发射速度跟运行速度挺容易弄混。发射速度指的是卫星在地球上借助火箭推动从而离开发射装置之际的速度高中物理同步卫星,鉴于卫星一旦发射之后就没办法继续补充能量,所以只能靠着火箭推动后的那个初始速度去克服全部的阻力抵达目标高度,进而进入运行的轨道。运行速度是卫星到达轨道后开启绕地球做匀速圆周运动之时的线速度,在这个时候卫星没有额外动力,仅仅依靠原来到达轨道时的那个速度来绕行。针对卫星发射速度与运行速度大小排序的情况而言,即V运行≤7.9km/s≤V发射≤11.2km/s 。由于同步卫星轨道固定于赤道上空,所以对于发射来说,最简便且适宜的办法是在赤道附近寻觅一处地点将其发射上去 。然而实际情形是,大部分国家处于北半球,赤道不存在属于自身的区域,只能在本国国内进行发射,如此一来不仅能耗高,而且技术要求也相应提高了 。故而,发射卫星之后出现的变轨相较于赤道地区会更为复杂一些 。如下图所示,就是咱们非赤道国家卫星发射变轨简单示意。
照着如图标示的样子,发射同步卫星以及远卫星一般采用变轨发射这种方式制度大全,其具体的过程是这样的:
在第一步的时候,借助第一级火箭,将卫星推进到特定的高空部分,这个高空范围大概是180至200km ,。
第二步,凭借惯性进入最小的圆形轨道,也就是停泊轨道,因这个小圆轨道并非一直处于赤道上空,只是不定期会在某时刻经过赤道上空,恰巧,当卫星经过赤道上空之际,二三级火箭点燃作推动加速处理,随后卫星与火箭彻底脱离,进而把卫星推至和赤道处于同一平面的椭圆形轨道,也就是转移轨道,椭圆轨道的远地点距离地面大为。
第三步,卫星处于椭圆轨道,当它抵达远地点时,自身存在发动机,这时会启动加速,将自己推至大圆轨道,即同步卫星固定高度的同步轨道 。
关于卫星变轨问题,常考的点有各运行物理

最后要介绍下高考常考点,变轨运行各物理量之间的大小关系。
预先声明一下,将用于停泊的轨道设定为轨道1,把用于转移的轨道设定为轨道2,把同步轨道设定为轨道3.
对于卫星在轨道1运行至点火变轨之处,也就是近地点的时候,其速度为V停1 ,而在轨道2上处于相同位置时速度是V转2高中物理同步卫星,它们之间的关系是:V近1小于V近2 。
存在处于轨道2的卫星,于该轨道运动至远地点时的速度V远2 ,还有运行在轨道3的卫星,在轨道3相同位置时的速度V远3 ,它们两者速度大小的关系是:
V远2<V远3
处于轨道1时的速度V1,和处于轨道3时的速度V3之间存在这样的关系,V近1等于V1,且V1小于V3,而V3等于V远3 。
就加速度大小的比较而言,只需记住这么一点,那便是,处于与球心距离相等的位置时,加速度是相等的,若是离球心越来越近,那么加速度加大,反之,若离球心越来越远,加速度减小。
