前言:
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“好的!”豆豆:“火箭送了人造卫星一程,让它到达近地轨道。如果箭星分离后,卫星的绕地公转速度达到7.9米每秒,也就是第一宇宙速度,卫星会围绕地球做均速圆周运动,因此,第一宇宙速度,也叫环绕速度。在此基础上,我们可以让卫星发动机点火加速,使离心力大于向心率,进行升轨。但是,实际上,航天器的发射,节约燃料和距离最近非常重要,所以,不一定非得让卫星的运动速度为第一宇宙速度,也就是不一定非得让卫星环绕地球做均速圆周运动。实际上,只要速度满足届第一宇宙速度每秒7.9公里和第二宇届速度每秒11.2公里之间,也就是大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度,并且满足于机械能守恒及开普勒定律,卫星就可以围绕地球做椭圆轨道运动。可以通过‘近地点,点火加速,使远地点升轨,远地点点火加速,使近地点升轨’的方法,使卫星逐步靠近地月引力平衡点。当然,最后一次相对于地球而言的升轨,是让卫星进入地月转移轨道,所以这一次升轨,不一定让卫星走完整个绕地公转轨道,而是紧量靠近地月引力平衡点,所以会通过一次次的轨道调整,使卫星奔向地月轨道平衡点,轨道的调整,除了一定程度上依靠离心力和向心力之间的大小调整、惯性,还得依靠卫星发动机点火产生的反冲力。当卫星进入地月引力平衡点时,相对于地、月而言,卫星外于静止状态,如果发动机点火的反冲力,使卫星回到地球引力相对较大的一侧,通过轨道修整,卫星可以回到围绕地球公转的轨道,近地点剎车(向前喷火),远地点降轨,远地点刹车(向前啧火),近地点降轨,多次如些,卫星会回到近地轨道。如果继续刹车,使速度小于第一宇宙速度每秒7.9米,地心引力会将卫星拉回大气层,当然,它与大气层摩擦生热起火,会让它成为一颗流星,所以如果需要回收,还得让它在大气层内继续减速,而且卫星得有耐热保护装置及措施。”
“不错!”堂哥:“说了地球到地月引力平衡点的往返。那从地月引力平衡点到月球这段路呢?”
豆豆:“原理差不多。卫星处于地月引力平衡点时,发动机发冲力如果使卫星走向月球引力相对较大一侧,通过轨道修整,使卫星进入围绕月球公转的轨道,我们可以通过一次次的降轨,最终使卫星落在月球上,因为月球上没有空气,卫星不会成为流星,但肯定还是得减速,不然受月球引力作用,有可能会砸坏卫星,尽管月心球引力大约只是地球引力的六分之一。而卫星离开地球,进入月地转移轨道的原理,大致与地球进入地月转移轨道一样。”
爷爷:“那让卫星做近月绕月圆周运动呢?”
“只要速度为……啊?啊!”豆豆:“月球的质量、半径和引力都与地球不同,都比地球小,这个……?啊,差点被你们绕进去而想错了!”
“聪明!”堂哥:“同一个人造航空器,围绕不同星体运行的速度,都是不同的,为什么呢?因为,不同星体的第一、第二宇宙速度等,都不同,什么原因呢?因为,不同天体的质量、半径和引力等,都不同,所以它环绕不同天体的运转的第一宇宙速度、第二宇宙速度等,都不尽相同。”
爷爷:“对!”
豆豆:“那月球的第一宇宙速度和第二宇宙速度,分别是多少?”
堂哥:“记得我读高中时考过算过,记得大约分别是1.70公里每秒和2.38公里每秒。”
爷爷:“所以,当人造卫星需要进入它围绕月球运转的转道时,速度必须小于月球的第二宇宙速度。因为,如果速度大于月球的第二宇宙速度(脱离月球引力束缚速度),人造卫星将不能被月球引力捕获,所以速度必须小于月球的第二宇宙速度。”
堂哥:“如果人造卫星需要登录月球,它必须从近月轨道减速到月球的第一宇宙速度以下;如果人造卫星围绕月球公转时,速度等于月球的第一宇宙速度(最大环绕速度,最小发射速度),它就会在近月轨道做均速圆周运动。”
豆豆:“那人造航天器,围绕太阳、火星,或者其它天体运转时的第一宇宙速度、第二宇宙速度等,也都不同?”
“嗯!”堂哥:“都不同,这是肯定的。”