[其他]天体轨道演示仪

说明书

本实用新型是一种宇宙飞行器的位置及航线测定的天体轨道演示仪器。

目前已有的有关天体运行的仪器有“三球仪”现在北京天文馆展示，又有“地球运行仪”是用于中学地理课教学用的。这些仪器都是由电动机带动，沿固定的轨道运动，用以演示地球和月球相对于太阳的运动情况，但有其不足之处，其一，上述两种仪器中的“地球”和“月球”是用电动机带动的，按固定的轨道运动，只能示意性的显示天体间相对位置的变动，但不能体现天体在引力场中靠惯性运动的特征。其二是一种仪器只能演示一个或几个特定天体。其三是仪器构造复杂，成本高，易磨损，易出故障，使用时要消耗电能等。

本实用新型的目的：

1、用于演示在万有引力作用下，天体（特别是人造天体）的不同初始条件（指初速度的大小和方向）所决定的不同运行轨道。

2、用于模拟验证开普勒三定律。

3、用于讲授广义相对论时对“空间弯曲”概念的说明。

本实用新型其优点是可以逼真的模拟在万有引力场中天体的运动情况，无需电动机带动，代表天体的小球是靠惯性运动，无特定的和固定好的轨道，可在地面条件下验证开普勒三定律。构造简单，成本低，不易磨损，不易出故障，无需动力，节省能源，无消耗性开支，有利于普及作为教学仪器及玩具之用。

本实用新型的理论依据：

行星和卫星在万有引力场中，靠惯性沿着椭圆或圆轨道运行，万有引力的大小由下式决定：F＝G (Mm)/(r²)

式中F为万有引力；G为引力恒量；M为中心天体质量；m为行星或卫星质量；r为两天体中心之间距离。

根据上式可计算出行星或卫星沿着半径为r的圆轨道运行的线速度，即环绕速度V：V＝GMr]]>

以人造卫星为例，卫星脱离运载火箭的瞬间的初始条件所决定的各种轨道如图1、图2、图3所示。

图1说明：B是中心天体（地球或其他天体），A点是卫星脱离运载火箭开始进入轨道位置，V₀是卫星的初始速度，其方向与半径r垂直，当V₀等于GMr]]>，则卫星进入圆轨道a；当V₀小于GMr]]>，则卫星进入椭圆轨道B；当V₀大于GMr]]>，则卫星进入轨道C。

图2说明：V₀的大小等于GMr]]>，若V₀沿AE方向，卫星进入轨道a；若V₀沿AF方向，则卫星进入轨道b。

图3说明：当卫星速度大于B行星的脱离速度，或卫星自无限远处接近B行星时，轨道为双曲线，图中三条轨道取决于卫星在A点时速度的方向。

本实用新型的原理：是在地面条件下，创造一个模拟万有引力场的环境，使一个代表卫星或行星的钢球在其中做模拟各种轨道的运动。