1、卫星变轨
卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程称为变轨。卫星轨道是椭圆,节省发射火箭燃料的方法,可以先发射到大椭圆轨道,卫星处于远地点的时候,卫星上面的姿态调整火箭点火,这样卫星的轨道变成需要的高度。变轨可以多次,这就需要精确计算卫星变轨的时间,由地面指令控制。
人造卫星、宇宙飞船(包括空间站)在轨道运行的过程中,常常需要变轨。除了规避“太空垃圾”对其的伤害外,主要是为了保证其运行的寿命。由于受地球引力影响,人造卫星、宇宙飞船(包括空间站)运行轨道会以每天 100米左右的速度下降。这样将会影响人造卫星、宇宙飞船(包括空间站)的正常工作,常此以久将使得其轨道越来越低,最终将会坠落大气层。
2、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。
3、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 = 5.98×1024千克)
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,重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重力势能。据能量守恒关系,有 E + ΔEK = ΔEP,也就是说人造卫星调整到高轨道是以动能的损失和发动机消耗能量为代价来增加其重力势能。
变轨之后,飞船做匀速圆周运动的轨道半径增大!