航天領(lǐng)域的物理知識(shí)研究

摘要：物理作為一門(mén)來(lái)自于生活的學(xué)科，在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以與生活之間形成較為直接的聯(lián)系，尤其是在我國(guó)科學(xué)研究領(lǐng)域，物理知識(shí)的應(yīng)用更加廣泛。本文以高中生的視角，對(duì)航天領(lǐng)域的物理知識(shí)應(yīng)用進(jìn)行分析，加深人們對(duì)高中物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：航天；航空；物理知識(shí)；高中

通過(guò)分析近年來(lái)高考物理的題型可以看出，航空航天題型的出現(xiàn)頻率較高，這與近年來(lái)我國(guó)在航空航天領(lǐng)域的研究不斷深入不無(wú)關(guān)系。在高中物理知識(shí)體系中，與航空航天相關(guān)的知識(shí)主要為力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，有助于解決高中物理考試中與航空航天相關(guān)的題目類型。

一、物理知識(shí)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著我國(guó)在太空探索領(lǐng)域研究的快速發(fā)展，以及長(zhǎng)期宇宙探索過(guò)程中積累的大量經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)終于在2003年10月15日發(fā)射了第一艘載人飛船，完成了中華民族外太空探索道路上的一次飛躍。即載人航天成功以后，我國(guó)開(kāi)始著手宇宙空間站的建設(shè)，依靠“長(zhǎng)征”系列運(yùn)輸火箭在宇宙中組建“天宮”空間站，為我國(guó)航天工作的進(jìn)一步開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。在我國(guó)探索太空的道路上，物理知識(shí)為其提供了重要保障，中間就涉及到高中階段的物理知識(shí)。

（一）神奇的宇航服

在我國(guó)探載人航天之路上，翟志剛身穿宇航服出艙活動(dòng)的過(guò)程最為人們心動(dòng)，這意味著中國(guó)造宇航服完全能夠適應(yīng)太空環(huán)境，并為我們的宇航員提供可靠的保護(hù)。

眾所周知，太空環(huán)境屬于高真空狀態(tài)，當(dāng)宇航員進(jìn)入太空之后，宇航服需要為宇航員提供與地球相類似的內(nèi)部氣壓環(huán)境，如此一來(lái)，在宇航服的內(nèi)外兩側(cè)將形成巨大的氣壓差，因此，在宇航服的設(shè)計(jì)過(guò)程中，就應(yīng)當(dāng)考慮到氣壓差的問(wèn)題。除此之外，宇航服的神奇之處還有很多。

首先，宇航服的第一層為隔熱層，避免因宇宙環(huán)境中溫度的劇烈變化對(duì)宇航員造成的影響；其次，為保證宇航員身體熱量的穩(wěn)定，需要進(jìn)行穩(wěn)定的散熱，宇航服第二層的液冷層就實(shí)現(xiàn)了這一功能，相比較氣體導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)，液體的導(dǎo)熱效率更高；宇航服最外面的一層就是多功能層，除具備防磨、防輻射等功能外，宇航服的各種數(shù)字化接口也在這一層。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)代宇航服的功能已經(jīng)豐富了很多，且功能更為全面，對(duì)深處茫茫宇宙的宇航員來(lái)說(shuō)，宇航服就是一把保護(hù)傘，為宇航員提供了系統(tǒng)化的生命安全保障。

（二）“相對(duì)靜止”的“風(fēng)云二號(hào)”

“風(fēng)云二號(hào)”是我國(guó)自主研制和發(fā)射的氣象多功能衛(wèi)星，與其它類型衛(wèi)星不同的是，“風(fēng)云二號(hào)”是一顆地球同步軌道衛(wèi)星，這種衛(wèi)星與地球之間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)我國(guó)范圍內(nèi)的大氣環(huán)境變化來(lái)預(yù)測(cè)天氣。

同步軌道衛(wèi)星是一種處于萬(wàn)有引力和離心力互相平衡狀態(tài)下的衛(wèi)星，根據(jù)高中物理中地球同步軌道的定義，“風(fēng)云二號(hào)”具有四個(gè)方面的特點(diǎn)：第一，“風(fēng)云二號(hào)”的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)的方向相同；第二，“風(fēng)云二號(hào)”衛(wèi)星的軌道傾角為0°；第三，“風(fēng)云二號(hào)”衛(wèi)星軌道的偏心率為0，保持正圓形軌道運(yùn)轉(zhuǎn)；第四，“風(fēng)云二號(hào)”距離地球表面的高度與其它同步軌道衛(wèi)星一致，均為35786公里。

二、航天類物理題中的物理知識(shí)

高中物理中與航天相關(guān)的知識(shí)主要包括力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)兩大部分，其中所涉及到的題型種類多變，但是，考察范圍卻大致相同。

（一）萬(wàn)有引力

高中物理考試中，萬(wàn)有引力大多與航天類型題目相關(guān)，并且，此類題目在高考中出現(xiàn)的概率較以往明顯增加。

例1：在地球某一橢圓軌道上，人造衛(wèi)星正以速度VA從近地點(diǎn)A處向遠(yuǎn)地點(diǎn)B處運(yùn)動(dòng)，其中，A點(diǎn)距離地球中心O的距離為a，遠(yuǎn)地點(diǎn)B距離地球中心O的距離為b，計(jì)算當(dāng)人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)出的速度大??？

位于該問(wèn)題的求解，需要意識(shí)到萬(wàn)有引力的存在，否則，衛(wèi)星不可能在無(wú)外力的情況下保持曲線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)曲率半徑的定義，人造衛(wèi)星在橢圓軌道的近地點(diǎn)A和遠(yuǎn)地點(diǎn)B的曲率半徑R是相同的，由此可以得出：

近地點(diǎn)GmM[]a2=mV2A[]R（1）

遠(yuǎn)地點(diǎn)GmM[]b2=mV2B[]R（2）

由①和②可知：VB=a[]bVA（3）

（二）人造衛(wèi)星控制中的高中物理知識(shí)

在發(fā)射人造衛(wèi)星的過(guò)程中，人造衛(wèi)星的最終軌道高度并不是一次完成的，而是需要通過(guò)幾次特定軌道的變軌控制才能夠達(dá)到預(yù)定軌道。首先需要明確的是，人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)過(guò)程符合物理學(xué)中的能量守恒定律，為擺脫地球引力作用，需要使用大量燃料利用運(yùn)載火箭將衛(wèi)星送入太空，

在早期軌道上的衛(wèi)星依然受到向心力的作用，并且，該向心力要大于離心力，如不調(diào)整軌道或增加自身速度，將導(dǎo)致衛(wèi)星墜入大氣層。

根據(jù)力的平衡關(guān)系式可以得出衛(wèi)星的軌道方程為：r=P1+ecosθ

（4）

P：人造衛(wèi)星軌道的焦點(diǎn)參數(shù)；

e：人造衛(wèi)星軌道的偏心率；

θ：人造衛(wèi)星的角位置；

r：人造衛(wèi)星的軌道半徑。

根據(jù)以上參數(shù)，在實(shí)際衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)參數(shù)來(lái)控制衛(wèi)星軌道的變化。這里需要注意的是，以上參數(shù)的調(diào)節(jié)均需要通過(guò)改變衛(wèi)星速度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于衛(wèi)星攜帶燃料有限，應(yīng)選擇最佳的參數(shù)調(diào)整方案，避免染料的過(guò)度消耗。

三、總結(jié)

航天技術(shù)的發(fā)展情況，是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志，隨著我國(guó)在航天領(lǐng)域的發(fā)展，航天工業(yè)中的相關(guān)技術(shù)也逐漸應(yīng)用于人們生活中的各個(gè)方面。作為一名高中生，除認(rèn)識(shí)到航天領(lǐng)域的物理知識(shí)外，還應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)我國(guó)航天人一絲不茍的科研精神，認(rèn)真學(xué)習(xí)，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)體系，使自己成為對(duì)國(guó)家建設(shè)有用的人才。

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作者簡(jiǎn)介：王卓群（2000），男，漢族，山東嘉祥人。