航天器在天体引力场作用下

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航天器在天体引力场作用下，基本上按天体力学的规律在空间运动。它的运动方式主要有两 种：环绕地球运行和飞离地球在行星际空间航行。环绕地球运行轨道是以地球为焦点之一的 椭圆轨道或以地心为圆心的圆轨道。行星际空间航行轨道大多是以太阳为焦点之一的椭圆轨 道的一部分。航天器克服地球引力在空间运行，必须获得足够大的初始速度。环绕地球运行 的航天器，如人造地球卫星、卫星式载人飞船和空间站等要在预定高度的圆轨道上运行，必 7.9 须达到这一高度的环绕速度，速度方向与当地水平面平行。在地球表面的环绕速度是千 / 米秒，称为第一宇宙速度。高度越高，所需的环绕速度越小。无论速度大于或小于环绕速 度，或者速度方向不与当地水平面平行，航天器的轨道一般变成一个椭圆，地心是椭圆的焦 点之一。若速度过小或速度方向偏差过大，椭圆轨道的近地点可能降低较多，甚至进入稠密 大气层，不能实现空间飞行。航天器在空间某预定点脱离地球进入行星际航行必须达到的最 小速度叫做脱离速度或逃逸速度。预定点高度不同，脱离速度也不同。在地球表面的脱离速 度称为第二宇宙速度。从地球表面发射飞出太阳系的航天器所需的速度称为第三宇宙速度。 实现恒星际航行则需要更大的速度。 航天器主要在万有引力等自然界外力作用下运动。 航天动力学是研究航天器和运载器在飞行中所受的力及其在力作用下的运动的学科，又称星 际航行动力学、天文动力学和太空動力學。航天动力学研究的运动包括航天器的质心运动， 称轨道运动；航天器相对于自身质心的运动和各部分的相对运动，称姿态运动；以及与航天 器发射、航天器轨道机动飞行有关的火箭运动。航天器的飞行过程一般分为三个阶段。 发射段：航天器由运载器（多级火箭、航天飞机等）携带，从地面起飞达到预定的高度和速 度。 运行轨道段：航天器主要在万有引力等自然界外力作用下运动。为了保持预定的轨道，有时 需要少量的推力;有时为了轨道机动则需要较大的推力。 降落轨道段：一些航天器需要返回地球表面或者降落在目标天体的表面。这时航天器在火箭 推力和介质阻力等作用下，离开运行轨道降落到天体表面。 在以上各个阶段中，航天器的运动都包含了轨道运动和姿态运动两个部分。在运行轨道段， 一般可以将两种运动分别求解。而在发射段和降落段，两种运动关系密切，需要联立求解。 研究航天器的运动是以牛顿力学和火箭力学为基础的，一般不考虑相对论效应。航天动力学 以数学、力学、控制理论为基础。它的研究内容分为轨道运动、姿态运动和火箭运动三个部 分。 广袤无垠的宇宙中无奇不有。太阳系个别天然卫星的运行情况简直出乎人们的意料。 太阳系９大行星中，除水星和金星外，其他７颗行星均有天然卫星，只是数量不同而已， 其中地球有１颗天然卫星，火星有２颗，木星有６１颗，土星有３１颗，天王星有２１颗， 海王星有１１颗，冥王星有１颗，共计１２８颗天然卫星。航天探测和天文观测结果表明， 它们中的几颗卫星，运动情况怪异，令人备感新奇。 共用一条轨道 “” １９８０年１１月１２日，美国旅行者１号航天器，从距土星１２万公里处飞掠而过， 对土星及其卫星进行了大范围的扫描，拍摄了１万多张照片，并用无线电信号将资料发回 地球。科学家从这些资料中发现，土星第四颗卫星（简称土卫四）的轨道上还有一颗小卫星， 这一发现改变了以前人们关于卫星环绕行星旋转各有自己一条专门轨道的认识，使人们了解 到实际上还有两颗卫星共用一条轨道的情况存在。土卫四直径１１５０公里，相当于月球直