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第5部分（第2页）

有些火箭的二级推进剂，常常在火箭快接近轨道速度时燃烧完毕。爆炸螺栓使二级火箭与有效载荷分离，这时在有效载荷上，一个称作推进器的小火箭将火箭送入最终的轨道。同时二级推进器使火箭落入大气层上部，最终，空气摩擦会使它燃烧，变成灰烬。这样的处理方式，可以避免使其留在太空，成为太空垃圾。如果这些垃圾不巧进入某个卫星的轨道，那将是极大的威胁。

对于低轨道的航天器而言，这时火箭就完成了运送任务。但对于高度在1000千米以上的轨道或行星际任务，还需要有第三级火箭，在这一结构中，二级火箭担当着把三级和有效载荷送入近地轨道的工作，近地轨道通常为300千米或更低。在二级火箭脱离后，火箭在地球引力作用下，开始进入航天技术中称为惯性飞行段的过程，一直到与预定轨道相切的位置。稍后，第三级火箭发动，进入最后加速段飞行，当加速到预定速度时，第三级火箭发动机关机，有效载荷从火箭运载器弹出，进入最后的、较高的轨道，或者前往另一行星的轨道。

目前使用的所有火箭，基本都是一次性使用的运载火箭。这是因为飞行的压力、发动机燃烧推进剂的酷热、抛弃后的重返地球以及在大气层上部的焚烧，都使得各种部件在一次飞行后就基本报废。虽然这样听起来很浪费，但建造可重复使用的火箭所需的费用并不比一次性使用火箭的低。不过经济上可以承受的设计——再循环式火箭已经在规划之中了。

轨道动力学：圆形轨道与椭圆形轨道

前面已经经常提到了“轨道”这个词，那么轨道是什么呢？我们知道地球总是围绕着太阳在做着公转运动，如果把每一时刻地球中心的位置用直线连起来，就出现一个椭圆形的轨迹，通常就把它称为轨道。事实上太空中运动的任何天体都有自己的运行轨道，科学家们经过不断观察与研究，建立了轨道动力学，为航天器在太空中的运动提供了理论基础。轨道动力学要经过严格的数学推导，这些推导决不是几页纸可以表述的，大多数人面对这些推导绝对都会望而却步，但你不用担心下面的内容你会看不懂，只要具备基本的几何学知识就足够理解这些内容。

圆形轨道与椭圆形轨道。　最好的txt下载网

假设你登上华山的东峰，站在朝阳台上，将一块石头水平抛出，会看到它迅速的朝山下坠去，你也许看到它砸在了峰下的某个地方，这时如果你再用力抛出另一块差不多大的石头，如果你还能看到它在山下的落点，那这次的落点一定是比刚才的落点远一些，因为你用了更大的力。

这基于一个事实，地心引力对物体产生向下的拉力，拉力使物体的运动状态发生变化。拉力产生的向下速度相同，因此两块石头从山上到山下的时间也一样。但用的力不同，石头在水平方向运动的速度也就不同，那么相同时间内，它们在水平方向的运动距离必然不同。

再看另一个事实，地球是圆的。在物体下落运动的距离中，地球表面也向下弯曲，那么实际的落点要比在水平面上的落点要远。如果可以让物体的速度足够大，在它朝地面下落1米时，地表亦向下弯曲了1米，它与地表的高度没有变化，这样它就永远不会落地，产生了与地球表面同心的圆形轨道。

保持轨道运动的能力取决于沿地表曲线向前运动的速度，该速度必须保证物体不至于落地才行。由于高度较高的物体比高度较低的物体受到的重力影响要小，因此高度增加时，保证圆形轨道的速度可以降低一些。

如果让物体获得更大速度，在下落1米的时间内，向前运动的距离足以达到地表向下弯曲了2米的地方，这样物体到地表的距离实际上增大了，即高度增加。继续运动则高度不断增加，但由于重力的作用，使上行的物体逐渐慢下来，绕地球半周后，高度最大。接下来物体与地球的高度开始减小，并继续绕地球运动。最后，球又回到原来的位置，恢复原有速度，又开始了一次原来的运动，这样就形成了椭圆轨道。

对椭圆轨道的理解符合我们一般的认识，可以想一想如果你朝空中扔一个石块，它在爬升时开始慢下来，在爬升到最高点时速度最慢，然后它冲向地面速度又开始回升。

椭圆轨道的速度

偏心率值近地点速度

0（圆形）轨道中各点速度相等

远地点速度的122％圆形的105％

远地点速度的186％圆形的114％

远地点速度的300％圆形的122％

远地点速度的567％圆形的130％

远地点速度的1900％圆形的138％

偏心率用来测量椭圆的形状，偏心率越大，椭圆就越扁。椭圆的偏心率在0…1之间，用焦点间距离除以长轴的长度可以算出偏心率。

轨道动力学：开普勒定律

1609年，开普勒通过对火星绕太阳旋转数据的整理，推导出太阳系中行星运动的三大定律，后来证明这三大定律适用于太空中任意二体系统的运动，如地球和月亮，地球和人造卫星等。

开普勒三大定律

1、每个行星在椭圆轨道上环绕太阳运动，而太阳在一个焦点上。

2、太阳和行星的矢径在相等的时间间隔中扫过相等的面积。

3、行星的轨道周期的平方与它的轨道的长轴的三次方成正比。

第一定律有关太空中天体运行轨道的形状。就像前面提到绕地球运动的物体，其运动轨迹为椭圆形，而圆形轨道只是一种特殊的椭圆轨道。在椭圆的长轴上具有两个虚拟的点，称为焦点。这两点距中心的距离相等，轨道上任意一点到两个焦点的距离之和等于长轴的长度。而地球的中心与其中的一个焦点重合。

在有关轨道的描绘中，经常提到地球的近地点和远地点两个词。近地点就是物体在椭圆轨道上到地面距离最短的那一点，远地点是椭圆轨道上到地面距离最长的一点。这两个点都在椭圆的长轴上，近地点在距地球中心较近的一端，远地点在较远的一端。还要注意一点轨?

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