Question

中國現(xiàn)已掌握神舟飛船與太空中目標飛行器的自動和手動對接技術(shù)，這就意味著宇航員可乘飛船對在軌航天器進行維護．宇航員現(xiàn)欲乘神舟飛船對在距月球表面高度為h圓軌道上運行的月球衛(wèi)星進行在軌維修．已知月球半徑R，月球表面重力加速度為g，計算過程中可不計地球引力的影響，試根據(jù)你所學的知識解答下列問題：
（1）試求維護衛(wèi)星時航天飛機的速度大小．計算結(jié)果用h、R、g表示．
（2）已知地球自轉(zhuǎn)周期為T₀，則該衛(wèi)星每天可繞月球轉(zhuǎn)幾圈？計算結(jié)果用h、R、g、T₀表示．

Answer 1

（1）根據(jù)萬有引力等于重力得，在月球上有：mg=

GM月m

R2

…①
衛(wèi)星繞月球做圓周運動，設速度為v，根據(jù)萬有引力提供向心力有：G

Mm

(R+h)2

=m

v2

R+h

…②
聯(lián)立①②兩式得：v=

gR2 R+h

．
（2）設衛(wèi)星的運行周期為T，根據(jù)G

Mm

(R+h)2

=m(R+h)

4π2

T2

得：
T=2π

(R+h)3 GM

=2π

(R+h)3 gR2

，
因為一天的時間為T₀，繞一圈的時間為T，
則每天繞月球運轉(zhuǎn)的圈數(shù)為：n=

T0

T

=

T0

2π

gR2 (R+h)3

．
答：（1）維護衛(wèi)星時航天飛機的速度大小為

gR2 R+h

；
（2）該衛(wèi)星每天可繞月球轉(zhuǎn)的圈數(shù)為

T0

2π

gR2 (R+h)3

．