Question

卫星变轨原理及过程

Answer 1

卫星变轨原理及过程如下：

一、卫星变轨原理

绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径确定后，与之对应的卫星线速度、周期、向心加速度也都是确定的。如果卫星的质量也确定，一旦卫星发生变轨，即轨道半径发生变化，上述物理量都将随之变化。

二、卫星变轨过程

1、化学燃烧推进

这是最常见也被人类最为掌握的技术，通过氧化剂和还原剂燃烧释放大量热量，燃烧的产物高速离开发动机，产生反推力。

2、物理变化推进

这个过程中不会发生化学反应，通过工质的物理变化，例如液态变成气态的过程，加速离开卫星产生反推力。

3、电推进

电推进就是将工质电离后送入磁场，在磁场作用下离子以极高速度离开卫星，从而产生反推力。

4、光能推进前文也提到了太阳光照在卫星表面上被反弹时会产生压力，而如果合理利用这部分压力就会变成推力了。目前国际上关于它的研究也是航天领域的热点。

卫星变轨的分析：

一、从动力学角度分析

当飞船发动机喷气加速，飞船的速度增加，作圆周运动所需的向心力增加，但是圆周运动所提供的向心力（即万有引力）不变，飞船将会作离心运动，其运行轨道将提升，速度将会减小。用公式分析：理论上来说，卫星圆周运动所提供的向心力即为万有引力。

二、从能量角度分析

在这里我们来作以下的估算：设人造卫星的质量为2吨，原轨道半径为342.8公里，现变轨到349公里。该人造卫星的重力势能增加值为（假设该过程中重力加速度值无变化，且值为10米/秒2）在这个过程中该人造卫星的动能减少值为（万有引力恒量G=6.67×10^－11牛·米^2/千克^2，地球质量M=5.98×10^24千克）。

由以上估算可以看出该人造卫星在变轨（由低轨道升至高轨道）的过程中，引力势能增加值远远大于动能减少值。也就是说，在变轨过程中，发动机消耗的能量E主要是为了增加人造卫星的引力势能。