每期一题(工科大学物理课程试题选登)

地球可看作半径 R=6400km 的球体,一颗人造卫星在地面上空高度为 h=800km 的圆形轨道上以速度 v_i=7.5km/s 绕地球运动。假定在该卫星的外侧发生了一次爆炸,其冲量使卫星在原有的速度上增加了一个指     

地球卫星轨道的椭圆函数解

分析了引力势作用下地球卫星的轨道．结果表明,在考虑地球扁平率后,地球卫星的轨道可用椭圆余弦函数表示,其平衡位置近似在一椭圆上．     

人造卫星运行轨道的实时仿真技术

人造卫星在星空背景下运行的实时仿真技术中,建模和实时性是仿真的基础,试验表明,利用Creator 2.6建立二体轨道下的卫星运行模型,计算出卫星运行时的空间位置和运动姿态,结合Vega Prime来实现人造卫星运动轨道的空间动态三维场景实时仿真,可以有效的实现卫星在星空背景运动中的实时性,并为其他技术领域中的实物或半实物实时仿真技术提供了可行性的参考方法.     

一道习题

在地球引力场中发射一个质量为m的卫星,原计划是这样的,该卫星由火箭运载到高度为h的一点P,使卫星在该点的运动方向与P和地心联线垂直,且有一适当的动能值,以保证该卫星的轨道是一个圆.但实际发射时,由于某种原因,使得卫星在P点的运动方向并不与P和地心的联线垂直,即运动方向与联线夹角θ≠90°,但其余指标均达到设计要求.试证明: (a)该卫星的轨道是一个椭圆,椭圆的半长轴等于原计划的圆形轨道的半径R h(R是地球半径); (b)P点在该椭圆短轴的一端; (c)该椭圆的偏心率是cosθ. 解:(a)按原计划,圆形轨道的半径是R h,因此位能,因为卫星的 ”…     

三轴稳定地球同步轨道卫星帆板季节性闪光现象研究

季节性闪光现象是由三轴稳定地球同步轨道(GEO)卫星保持的特殊对地位置及卫星帆板的运动特点产生的。结合卫星帆板材质的双向反射分布函数及太阳在地球坐标系下的运动规律,分析了帆板季节性闪光现象的原理,定量研究了地面站观测帆板闪光现象的相关规律并进行了仿真验证。研究表明,地面任意地点的望远镜每年都有两个时段能够观测到GEO卫星帆板闪光现象,每次持续约21d,每颗卫星每天的观测时间约32min。该结论不仅能够为观测GEO卫星提供参考,也可为分析卫星工作及运动状态提供依据。     

浅析卫星变轨运动

从高中物理天体运动的一类题目出发, 从角动量角度分析了卫星绕地球变轨运动的详细过程, 从能量 的角度计算了卫星运动轨道半径和卫星能量的关系     

美国研制3.6万公里高的静止轨道光学侦察卫星

正日前,有媒体报道称,美国国防部正在研究地球静止轨道光学侦察卫星,该卫星运行在3.6×104km高的地球同步轨道,可对地球40%的面积进行持续侦察。由于地球静止轨道光学侦察卫星拥有超强的持续侦察能力,因此有"间谍卫星之王"的称号。目前,世界各国现役光学侦查卫星的运行轨道高度一般集     

有关傅科摆的一种解法

本文对傅科摆运动规律的研究与一般书中处理方法不同，不是直接选用固定在地球上的固定坐标系来研究，而是选用相对地球有特定转动的半固定坐标系求解．结果是傅科摆在这个特定的半固定坐标系中轨道稳定，物理图象直观，使学生易于加深理解傅科摆对地球的运动规律．     

基于VPython的天体轨道运动模拟与可视化

运动、力、动量、能量是大学物理教学最基本且重要的内容.在牛顿力学中,如果已知初始条件,对于有序系统可以预测其未来的运动状态,牛顿力学在天文学上的处理是最成功的.本文基于万有引力定律和动量定理,借助计算机软件VPython模拟天体的运动过程,例如卫星、月球绕地球的运动,火星绕太阳的运动,卫星绕双星系统的运动,直观地显示了天体运动轨迹,使天体运动过程实现了可视化.教学实践表明基于VPython的天体轨道运动模拟与可视化,可以使学生更好地理解并灵活运用牛顿运动定律和动量定理,是对经典物理教学内容的有益补充.     

基于Matlab/Simulink的嫦娥二号探月轨道运动的动态仿真

建立了嫦娥二号卫星在有心力场中做轨道运动的动力学模型,使用MATLAB中的SIMU-LINK仿真工具实现了卫星在不同轨道的运动,并得到了卫星轨道运动的实时高度曲线。     

基于Matlab/Simulink的嫦娥一号探月轨道运动的动态仿真

本文建立了嫦娥一号卫星在有心力场中做轨道运动的动力学方程,使用Matlab中的Simulink仿真工具实现了卫星在不同轨道的运动和变换,并模拟了卫星轨道运动的实时高度和角速度.     

同步卫星扫描视锥与轨道的绘制算法

为了模拟同步卫星在外太空的飞行状态,建设先进的同步卫星模拟仿真系统对于卫星的研制与性能分析有着重要的意义;由于卫星是在特定的轨道上飞行,所以对卫星轨道的绘制建模是卫星模拟仿真系统开发中关键的一环;在这篇文章中介绍了同步卫星与地面观察站通信过程中的扫描视锥与同步卫星运行轨道的绘制算法,重点探讨了基于OpenGL基本矢量图元的绘制以及利用世界坐标系和向量的方法对在绘制过程中所需数据的求解过程;分析了根据同步卫星的运行姿态与其所在轨道的位置来确定同步卫星扫描视锥的角度;最后通过一个虚拟世界的3D引擎验证算法的可行性与绘制效果。     

卫星抛射点在其抛物线双曲线轨道上的位置与卫星3类轨道的比较

详细分析了地球卫星的抛物线、双曲线轨道与抛射点在其抛物线、双曲线轨道上的位置,并对卫星的3类轨道进行了比较.     

飞行物体对微波链路遮挡效应的角谱法分析(邀请)

利用包括低轨卫星星座及同步轨道卫星等无线通信空中平台所发出的微波信号,提出一种基于飞行物体对微波的遮挡效应进行飞行物体监测的方法。如何定量分析遮挡效应是这种新方法需要解决的一个关键问题。由于微波衍射和光衍射本质上是相同的,提出利用光学分析的方法来解决这一问题。通过将整个微波链路系统用一个简化的光学系统来描述,用角谱法计算并分析了飞行物体相对于微波传播路线的移动速度、飞行物体高度等参数对接收机接收的微波强度的影响,为进一步研究这种新的监测方法奠定了基础。     

TDICCD相机的卫星姿态稳定度确定

为解决卫星平台振动造成的图像质量下降问题,提高TDI CCD相机成像质量,分析了卫星姿态稳定度的范围及影响。讨论了卫星平台振动与TDI CCD成像质量的相关性,推导了卫星平台姿态稳定度和像移的关系公式,得出TDI CCD相机对卫星姿态稳定度的要求与轨道高度以及积分级数有关。实验验证了公式推导,结果显示：轨道高度越高,积分级数越大,对卫星姿态稳定度的要求就越严格。数据表明：轨道高度在200～1000 km变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.0377 rad/s提升至0.00635 rad/s;TDI CCD 相机的积分级数在1～100间变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.014 rad/s提升到0.00014 rad/s。本文工作确定了卫星姿态稳定度和轨道高度以及积分级数的关系,有助于TDI CCD成像质量的提升。     

广义相对论浅释(1)

本文用通俗的方法介绍了广义相对论的基本思想 ,并得到了史瓦西场时空弯曲的规律及质点在史瓦西场中自由运动的规律 ,从而解决了引力红移 ,CS原子钟环地球飞行后与地面上 CS原子钟的时差 ,行星进动 ,光子经过太阳表面时的偏转角 ,雷达回波延迟等问题 .     

宇宙速度与发射速度

我们知道当物体的发射速度足够大时 ,使物体所受引力恰好等于物体环绕地球运转所需的向心力 ,物体就可以成为人造地球卫星 .而发射速度与宇宙速度有什么联系与区别呢 ?设地球的质量为Ｍ ,卫星的质量为ｍ ,轨道半径为ｒ,地球半径为Ｒ ,环绕速度为ｖ .环绕速度指的是卫星绕地球作     

广义相对论浅释（1）

本文用通俗的方法介绍了广义相对论的基本思想,并得到了史瓦西场时空弯曲的规律及质点在史瓦西场中自由运动的规律,从而解决了引力红移,Ｃｓ原子种钟环地球飞行后与地面上Ｃｓ原子种的时差,行星进动,光子经过太阳表面时的偏转角,雷达回波延迟等问题。     

人造地球卫星运动方程的代数动力学算法数值解

代数动力学算法首次被用于求人造地球卫星运动方程的数值解，在四阶算法下，与Runge-Kutta算法和辛算法的计算结果作了比较.结果表明，代数动力学算法对于人造地球卫星长期轨道的计算有较高的精度.并讨论了地球四极和八极带谐项对卫星轨道的影响. 关键词： 人造地球卫星运动方程 代数动力学算法数值解 地球四极和八极带谐项对卫星轨道的影响     

在轨卫星星等建模与计算

星等的大小代表了星体对于人眼的可观测程度。卫星星等的理论计算对于观测跟踪卫星光学系统设计等具有重要的指导意义。结合天文学、轨道动力学、辐射度学、光度学和计算数学理论,建立了计算人造卫星星等的物理数学模型。计算了卫星的可见光反射能量随轨道运行的瞬时特征,结合人眼的视觉特性,推导出了轨道卫星星等的计算方法,并进一步针对卫星表面为灰体的情况给出了一种计算卫星星等的方法及星下点卫星星等的周期性计算曲线,结果表明:星下点观测的卫星星等随卫星在轨道上位置的变化非常显著,对同一卫星,不同星下点观测到的星等差异仅在日照区就可达5个等级之多。