卫星到底是怎么发射的,我不知道,没见过。变轨过程中有几个椭圆轨道,是啥样的圆形也不知道。但我明白它的变轨原理。说的不全,能道一二。
假如卫星先进我画的1轨道,再进2轨道,慢慢进。
在1轨道上有个近地点A和远地点B,在万有引力作用下做椭圆运动,近地点A点离地面近,飞得低,速度大,B点离地面远,飞得高,速度小。为什么会有个椭圆轨道,简单分析一下。近地点速度大,所需要的向心力就大,而地球给的万有引力所提供的向心力又比较小,形成了供不应求的矛盾关系,所以卫星离心要向更高处飞,但飞着飞着感觉又太高了,速度太小了,所需要的向心力就小,可这时候地球给它的万有引力又太大了,形成了供大于求的矛盾关系,所以卫星又向心了。当然这里说万有引力大了小了是相对于所需的向心力比较的,如果只说万有引力那肯定是离地球越近万有引力越大了。
从近地点往远地点飞,做个速度方向和所受万有引力的方向,发现它们之间的夹角是钝角,万有引力做负功,速度变小;而从远地点向近地点飞时,万有引力做正功,速度变大。就这么回事,事实也是这样。
在1轨道飞得不耐烦了,想进入更高的轨道,就在B点加速,进入更高的2轨道做圆周运动,既然是圆周运动了,那么就是匀速圆周运动,线速度大小不变。同样的B点,2轨道上的B点速度比1轨道上的B点速度大,因为加速了。原来是万有引力比所需要的向心力大,这一加速刚好合适了,需要那么多,提供的也是那么多。不离心也不向心。
可是它觉得还是不够高,继续向更高的轨道发展,加速,所需要的又大于所提供的了,离心,又一椭圆运动,3轨道。这次B是近地点,另一点C是远地点。速度大小关系就不用推理了,肯定是3轨道上B点速度大于2轨道上B点速度;3轨道上B点速度大于3轨道上C点速度。然后在C点再一加速,稳了,进入4轨道,匀速圆周运动。
4轨道上速度大于C点速度,但4轨道上速度小于2轨道上速度(万有引力提供向心力使卫星做圆周运动,高度越高,线速度越小),所以3轨道C点速度一定小于2轨道上B点速度。
但有个问题是一直往高处走,一直在加速,为什么反而是高轨道4上的速度比低轨道上2的小?是因为从低往高走时会有一部分动能转化为重力势能,使重力势能增大而动能减小。虽然之前加速过,但减小的比增大的还多,所以整体速度是减小的。
卫星不满足当前现状,继续加速,超了,到达D点了,而D点是地月转移点,地球对它的引力和月球给它的引力大小是相等的,由于惯性,划过了这一点,就被月球捕获进入5轨道。
既然来了,就想靠近看看,在E点减速,进入6轨道,再减速,进入7轨道,妥了。
这是变轨原理。那里面还有一些比较麻烦的东西,比如B、C两点的加速度的大小关系,不同轨道上的机械能关系如何呢?
其实,加速度就是向心加速度,靠万有引力提供,同一高度,不论在哪个轨道上,万有引力相同,加速度相同。
这就是升轨加,降轨减,同一高度加必等。
而机械能,在某个固定轨道上,比如单独考虑在1轨道上,发动机是关闭的,只受万有引力作用,机械能是守恒的。单独在2、3、4、5、6、7轨道上机械能是守恒的。但在升轨或降轨时,发动机是打开的,升轨加速发动机做正功机械能增加,降轨减速发动机做负功机械能减小。比如从1轨道到2轨道卫星的机械能增大,即2轨道上机械能比1轨道上大;从5轨道到6轨道机械能减小,即6轨道上机械能比5轨道上机械能小。
所以单独在某个轨道上机械能守恒,只是动能和势能之间的相互转化,但不同轨道时高轨道机械能大而低轨道机械能小。
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