Question

【題目】2011年7月11日23時(shí)41分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭，成功將“天鏈一號(hào)02星”送入太空．火箭飛行約26分鐘后，西安衛(wèi)星測(cè)控中心傳來(lái)的數(shù)據(jù)表明，星箭分離，衛(wèi)星成功進(jìn)入地球同步轉(zhuǎn)移軌道．“天鏈一號(hào)02星”是我國(guó)第二顆地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，又稱跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬中國(guó)空間技術(shù)研究院為主研制．中繼衛(wèi)星被譽(yù)為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，是航天器太空運(yùn)行的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，用于轉(zhuǎn)發(fā)地球站對(duì)中低軌道航天器的跟蹤測(cè)控信號(hào)和中繼航天器發(fā)回地面的信息的地球靜止通信衛(wèi)星．（）

（1）已知地球半徑R=6400kM，地球表面的重力加速度g=10m/s2，地球自轉(zhuǎn)周期T=24h，請(qǐng)你估算“天鏈一號(hào)02星”的軌道半徑為多少？（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）

（2）某次有一個(gè)赤道地面基站發(fā)送一個(gè)無(wú)線電波信號(hào)，需要位于赤道地面基站正上方的“天鏈一號(hào)02星”把該信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到同軌道的一個(gè)航天器，如果航天器與“天鏈一號(hào)02星”處于同軌道最遠(yuǎn)可通信距離的情況下，航天器接收到赤道地面基站的無(wú)線電波信號(hào)的時(shí)間是多少？已知地球半徑為R，地球同步衛(wèi)星軌道半徑為r，無(wú)線電波的傳播速度為光速c．

Answer 1

【答案】（1）（2）

【解析】試題分析：（1）由題意知“天鏈一號(hào)02星”是地球同步衛(wèi)星，周期T=24h，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中受地球的萬(wàn)有引力提供向心力，令地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星軌道半徑為r，地球半徑為R，則有得衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道半徑r=①

又因?yàn)榈厍虮砻嬷亓Φ扔谌f(wàn)有引力，即滿足

得地球質(zhì)量為M＝②

把②代入①得：r=

（2）“天鏈一號(hào)02星”與同軌道的航天器的運(yùn)行軌道都是同步衛(wèi)星軌道，所以“天鏈一號(hào)02星”與同軌道的航天器繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的半徑為r

“天鏈一號(hào)02星”與航天器之間的最遠(yuǎn)時(shí)的示意圖如圖所示．由幾何知識(shí)可知：“天鏈一號(hào)02星”與航天器之間的最遠(yuǎn)距離

無(wú)線電波從發(fā)射到被航天器接收需要分兩步．首先赤道地面基站A發(fā)射的信號(hào)被中繼衛(wèi)星B接收，信號(hào)傳輸距離為r-R，則信號(hào)傳輸時(shí)間

然后中繼衛(wèi)星B再把信號(hào)傳遞到同軌道的航天器C，信號(hào)傳輸距離

，則信號(hào)傳輸時(shí)間為

所以共用時(shí)：