鄭杰

【摘? ?要】在科學技術(shù)快速發(fā)展的過程中，人們對航空航天領(lǐng)域的探索也在不斷拓展，多種探測器的研發(fā)為宇宙探索提供了技術(shù)保障。當前，我國航天航空領(lǐng)域技術(shù)已占據(jù)世界前列。本文主要分析研究了高中物理知識在航空航天領(lǐng)域的應用，希望能使高中生更扎實地掌握相關(guān)物理知識，提高學習興趣，為工作實踐奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高中物理知識;航空航天;應用分析

我國在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展速度不斷加快，載人飛船的研發(fā)標志著我國全面進入新的宇宙探索時期。對于高中生來說，應當充分認識到技術(shù)進步對國家發(fā)展的意義，特別是航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，標志著國家科技水平的層次高下。在高中物理知識體系中，慣性定律及萬有引力定律等均屬航空航天技術(shù)研發(fā)應用的高中物理知識。因此，通過具體分析高中物理知識在航空航天領(lǐng)域的應用，既能增加高中生物理知識的儲備量，也可使同學們認真鉆研，增強學好物理學的榮譽感。

1.高中物理知識與航空航天領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)性

在我國航空航天領(lǐng)域快速發(fā)展背景下，高中課本與相關(guān)考試中也出現(xiàn)了大量與航空航天有關(guān)的知識和試題，由此可以看出，物理知識在科技發(fā)展中的作用和價值。在對高中物理知識體系進行梳理時能夠看出，能量守恒、電磁學、力學以及運動學等知識均與航空航天領(lǐng)域存在一定關(guān)聯(lián)性。

比如，我國航空航天領(lǐng)域的衛(wèi)星發(fā)射，會涉及到作用力原理及萬有引力等物理知識，并在此基礎(chǔ)上進一步深化。因航空航天屬于高度融合科技，在研發(fā)過程中需要以高中物理知識應用為基礎(chǔ)，結(jié)合大量現(xiàn)代技術(shù)和理論知識，高中學生不應滿足于書本，要學會打牢基礎(chǔ)，用延伸學習來拓寬視野。

再比如，通過鉆研遙感技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)等，可為高中生心頭的航天夢增磚添瓦。以上技術(shù)原理學習，都需高中物理知識做支撐。譬如，高中物理電磁學的學習，能使同學們認識和掌握電力基礎(chǔ)資源對航空航天的支持和鋪墊，從而增強研究高效電力、電子的信心，促進國家高新技術(shù)向深層次發(fā)展。

2.高中物理知識在航空航天領(lǐng)域的應用

2.1天體質(zhì)量與密度計算

航空航天領(lǐng)域，在計算天體質(zhì)量與密度時，主要應用高中物理中的開普勒行星運動定律。開普勒軌道與面積定律表面天體運行軌跡與規(guī)律，行星繞著太陽運動的軌跡均為橢圓形，太陽處于橢圓的焦點。所有行星與太陽之間的連線所掃過的面積相等，這就表明在近日點運動速率比較大，遠日點運動速率比較小。開普勒第三定律為運動周期定律，圍繞行星的軌道半長軸次方與公轉(zhuǎn)周期平方比值相同。從天體表面應力加速度與半徑關(guān)系中能夠獲取天體密度與質(zhì)量，此時，萬有引力與中心力相同，能夠計算出中心天體質(zhì)量。當天體周邊衛(wèi)星軌跡圍繞天體軌跡展開，軌道半徑就是天體半徑，進一步可得知天體的密度。當圍繞天體運行的衛(wèi)星運行軌跡為已知數(shù)值，此時就能獲取中心天體密度。

其次，由于高中物理知識中包含功與能等知識點，在航空航天技術(shù)中，功與能結(jié)合萬有引力，能使學生更深刻地理解高中物理知識與航空航天技術(shù)的關(guān)聯(lián)性。所以，深入了解和掌握功與能之間的有效轉(zhuǎn)換、明確能量守恒定律的適用范圍顯得非常重要。在天體運行過程中，涉及的物理知識較多，比如航天器進入太空之后，會產(chǎn)生第一、第二、第三宇宙速度，此時就可解決天體運行。這些知識需要進行不斷延伸學習。

2.2選擇飛船發(fā)射位置

通過對我國衛(wèi)星發(fā)射位置的分析可以看出，發(fā)射地區(qū)多選擇在緯度較低的地區(qū)。通過高中物理知識體系得知，大部分軌道衛(wèi)星是小軌道傾角衛(wèi)星，若選擇傾度較高的地區(qū)發(fā)射，需要較大能量實現(xiàn)橫向機動，此時就會出現(xiàn)運載火箭發(fā)射困難的問題。為防止出現(xiàn)這種不可回避的隱憂，需優(yōu)先選擇緯度較低的地區(qū)。

我國現(xiàn)有衛(wèi)星發(fā)射中心都位于不同緯度范圍內(nèi)，使衛(wèi)星發(fā)射軌道具有多種選擇性。宇宙飛船選擇在緯度較低的區(qū)域內(nèi)發(fā)射，可通過地球自轉(zhuǎn)線速度加快飛船速度，避免到達逃逸位置前已消耗大量燃料的情況，從而顯著提升飛船的運載能力。在發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，應將赤道作為最大發(fā)射緯度。

2.3航天器變姿與變軌運動

在將航天器送入太空后，為降低燃料消耗，需要分離航天器與運載火箭。此時，航天器需要利用發(fā)動機與燃料實現(xiàn)變姿、變軌運動。例如，航天器從低軌道進入到高軌道時的橫滾變姿。

（1）低軌道—高軌道物理原理：按照物理定義能看出，航天器從低軌道向高軌道行駛過程中會增加勢能。由高中能量守恒定律可知，利用外力能將能量提供給航天器，此時需提升發(fā)動機速度，使其消除低軌道受力平衡狀態(tài)，促其進入高軌道中。但是，到達預設(shè)軌道后，通過萬有引力公式可知，航天器進入高軌道時會使萬有引力減小，所以為確保受力平衡，應使運動離心力與軌道萬有引力一致。

此種條件下，按照能量守恒定律可進行以下計算：

在（1）式和（2）式中，G—引力常量;r—航天器與地心距離;M—地球質(zhì)量。隨著航天器與地心距離持續(xù)增大，會減小航天器線速度。以此證明，航天器進入高軌道之后，需要通過反向發(fā)動機實現(xiàn)減速，確保航天器處于受力平衡狀態(tài)。

（2）調(diào)整航天器姿態(tài)：從天宮一號與神舟飛船對接直播視頻能夠看出，操作顯示器上存在兩條十字交叉線，該交叉線主要對天宮一號與神舟飛船對接姿態(tài)標準線進行觀察。操作人員通過對準十字交叉線中心，之后啟動飛船發(fā)動機，以此促進飛船滾動，使兩個十字交叉線重合。

姿態(tài)匹配效果，會對天宮一號與神舟飛船對接造成直接影響;所以，操作人員需要優(yōu)化調(diào)整航天器滾動姿態(tài)。為降低燃料消耗量，需經(jīng)航天器中心發(fā)動機進行開動連線，使發(fā)動機推力方向相反，此時將航天器視為質(zhì)點，按照力矢量合成能明確角加速度。航天器按逆時針旋轉(zhuǎn)方向形成線速度，在十字交叉線靠近預定狀態(tài)。

飛船在滾動至一定角度時，會使航天器兩個發(fā)動機反向開啟。此時，就會形成與旋轉(zhuǎn)線速度相反的線加速度，降低航天器線速度。在兩條十字交叉線重疊之后，操作人員進行天宮一號與神舟飛船對接。

2.4宇航服中的高中物理知識應用

由于太空屬于真空環(huán)境，人類若無防護措施，將不能存在于太空中，所以為確保宇航員安全，進入太空時需穿戴專門的宇航服，在設(shè)計宇航服時應用了大量高中物理學知識。宇航服首層為特殊材質(zhì)功能層，由于太空環(huán)境比較復雜，為了確保宇航員安全，應當確保防輻射和防磨損。在太空環(huán)境中存在多種輻射源，會危害宇航員安全。所以，在設(shè)計宇航服時，需要將鍍鋁材料作為首層材料，以此抵抗宇宙輻射。

宇航服第二層是氣密層，宇航員在無防護狀態(tài)下進入太空環(huán)境時，會導致體內(nèi)氣體膨脹，肌體血液出現(xiàn)沸騰。因此，在設(shè)計宇航服時，需通過加壓氣密方法穩(wěn)定其內(nèi)部氣壓。在氣密層約束下，確保宇航服不會因氣壓差出現(xiàn)變形。

宇航服第三層為隔熱層，由于太空環(huán)境內(nèi)溫度差會高達上百攝氏度，不同位置所受的太陽輻射也不同，此時就會加大溫度差。為處理該項問題，可通過高中物理中的水比熱容知識穩(wěn)定溫度變化，以此確保宇航員能夠在適宜溫度下進行操作。

3.結(jié)束語

綜上所述，將高中物理知識應用到航空航天領(lǐng)域，可以有效處理各種疑難問題。通過對航空航天知識的深入探索，會涉及較多更深的物理專業(yè)知識，以此提升高中生對物理知識的興趣度;其次，將高中物理知識應用于航空航天上，能夠培養(yǎng)同學們的實踐操作能力，不斷完善和優(yōu)化物理知識體系。

【參考文獻】

[1]馮柏赫.淺談航空航天領(lǐng)域中運用的物理學知識[J].中國新通信，2019，21（03）：203

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