Question

卫星的一个问题。为什么卫星对接要先加速后减速？而卫星变轨要加速两次？如下图。

Answer 1

卫星在空中，满足万有引力=向心力，gmm/r²=mv²/r，可得gm=v²r（m为地球质量，r为卫星到地心的距离）。也就是说，v²r是一个不变的常量。
卫星的线速度v减小则圆轨道半径r增大（不要把卫星的线速度v和地面发射速度混在一起，地面发射速度越大就越能提供能量来摆脱星球引力），小圆轨道变轨到大圆轨道是减速的，可以通过施加与v1反向的作用力来实现，但这个过程比较慢。另一个途径是，借助变轨推进器使卫星快速到达大圆轨道，在到达预定的大圆轨道之前再做减速。这样，卫星在小圆轨道的线速度为v1，加速到大圆轨道前再减速，使线速度为v2＜v1（满足gm=v²r），这样卫星才能在大圆轨道上稳定（匀速圆周运动）。（注意：这个过程可以通过减速或加速再减速两种方式达到）
卫星从线速度为v2的大圆轨道变轨至线速度为v1的小圆轨道，则只能通过加速运动做到。近地轨道的加速运动可以通过调整线速度角度、充分利用引力来作用实现。
卫星变轨中，椭圆轨道是小圆轨道和大圆轨道间的过渡，当然它们也可以一直做椭圆轨道运动，但这一般不符合我们的需要。在椭圆轨道的近地点，卫星线速度最大；在椭圆轨道的远地点，卫星线速度最小。利用椭圆轨道这个性质，卫星可以通过调整线速度角度，使卫星轨道为椭圆轨道，在近地点线速度最大时变到小圆轨道，在远地点线速度最小变到大圆轨道。这样，变轨使用的能量最小。