天宫一号宇航员

天宫一号与物理

曹县常乐集乡中学

中国首个目标飞行器“天宫一号”于北京时间2011年9月29日21时16分从甘肃酒泉卫星

发射中心发射升空，9月30日16时09分，在北京航天飞行控制中心精确控制下，天宫一

号成功实施第2次轨道控制，近地点高度由200公里抬升至约362公里，顺利进入在轨测试

轨道。这次轨道控制是在天宫一号飞行第13圈实施的。此前，在30日1时58分，天宫一

号飞行至第4圈时，北京飞控中心对其成功实施了第一次轨道控制，使其远地点高度由346

公里抬升至355公里。经过两次轨道控制，天宫一号已从入轨时的椭圆轨道进入近圆轨道，

为后续进入交会对接轨道奠定了基础。据北京航天飞行控制中心主任陈宏敏介绍，近地航天

器发射后，受高层大气阻力的影响，其轨道高度会逐渐缓慢降低。通过此次轨道抬升，预计

可使天宫一号在神舟八号发射时，轨道高度自然降至约343公里的交会对接轨道，从而尽量

减少发动机开机，节省燃料。有关专家表示，进入在轨测试轨道后，地面人员将对天宫一号

平台上的交会对接机构等各分系统的基本功能和稳定性进行测试，还将利用搭载的有效载荷

开展一系列空间科学试验活动。此外，记者30日从中国航天员中心获悉，天宫一号的环境

控制和生命保障系统已经启动，转入自主运行状态，航天员进入“天宫”前将建立载人环境。

目前，天宫一号暂不需建立适合航天员工作和生活的环境，因此，维持氧气、温湿度、二氧

化碳、压力等指标的系统正在以无人方式运行。而航天员未来在太空工作、生活和实验所需

要的产品，部分已经跟随天宫一号上天。它们将以无人飞行的状态运行数月，等待航天员进

入“天宫”后启用。

物理试题：

1、天宫一号飞船在太空遨游，它是否受力的作用，为什么?

答案：通过牛顿第一运动定律可知:不受力的物体必然静止或保持匀速直线运动状态。飞

船在太空遨游，如果做匀速直线运动，则不受力（合外力为0）如果不做匀速直线运动，

则必然受力（如绕地球做匀速圆周运动，此时飞船受地球引力提供向心力，但在飞船这个

非惯性系中，感觉似乎不受力，就像在自由落体的电梯里，里面的人感觉失重一样）

2、航天员在太空中要穿特制的宇航服，宇航服的作用很多，你能说出几点吗?

答案：航天服是保障航天员的生命活动和工作能力的个人密闭装备。可防护空间的真空、

高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害。在真空环境中，人体血液中含有的氮

气会变成气体，使体积膨胀。如果人不穿加压气密的航天服，就会因体内外的压差悬殊而发

生生命危险。航天服是在飞行员密闭服的基础上发展起来的多功能服装。早期的航天服只

能供航天员在飞船座舱内使用，后研制出舱外用的航天服。现代新型的舱外用航天服有液冷

降温结构，可供航天员出舱活动或登月考察。

（补充）航天服的结构：航天过程中保护宇航员生命安全的个人防护救生装备，又称宇宙

服或航天服。宇航服能构成适于宇航员生活的人体小气候。它在结构上分为6层：①内

衣舒适层：宇航员在长期飞行过程中不能洗换衣服，大量的皮脂、汗液等会污染内衣，故选

用质地柔软、吸湿性和透气性良好的棉针织品制做。②保暖层：在环境温度变化范围不大

的情况下，保暖层用以保持舒适的温度环境。选用保暖性好、热阻大、柔软、重量轻的材料，

如合成纤维絮片、羊毛和丝绵等。③通风服和水冷服（液冷服）：在宇航员体热过高的情

况下，通风服和水冷服以不同的方式散发热量。若人体产热量超过350大卡/小时（如在舱

外活动），通风服便不能满足散热要求，这时即由水冷服降温。通风服和水冷服多采用抗压、

耐用、柔软的塑料管制成，如聚氯乙烯管或尼龙膜等。④气密限制层：在真空环境中，只

有保持宇航员身体周围有一定压力时才能保证宇航员的生命安全。因此气密层采用气密性好

的涂氯丁尼龙胶布等材料制成。限制层选用强度高、伸长率低的织物，一般用涤纶织物制成。

由于加压后活动困难，各关节部位采用各种结构形式：如网状织物形式、波纹管式、桔瓣式

等，配合气密轴承转动结构以改善其活动性。⑤隔热层：宇航员在舱外活动时，隔热层起

过热或过冷保护作用。它用多层镀铝的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜并在各层之间夹以无纺织布

制成。⑥外罩防护层：是宇航服最外的一层，要求防火、防热辐射和防宇宙空间各种因素

（微流星、宇宙线等）对人体的危害。这一层大部分用镀铝织物制成。

3、火箭升空过程中的能量转化。

答案：火箭是热机的一种，它的工作原理就是将内能转化为机械能．但燃气的内能除了转化

为机械能为，还有一部分直接向外散热，一部分克服火箭与大气的摩擦做功．燃料的化学能

转化为内能，内能又转化为机械能。

4、火箭升空瞬间的庞大白色气团是什么？它是怎样形成的？

答案：白色气团是大量的小水滴，它是水蒸气液化而形成的。

5、分析发射台受到保护的道理。

答案：火箭发动机喷出的火焰温度很高，将热量传递给了水池中的水，水急剧汽化，并吸收

大量的热，使发射台底部的温度不致升得太高，从而保护了发射台。

6、航天员“生理背心”由航天员贴身穿着，它上面分布着许许多多传感器，是航天员自身

与地面指控部门联系的纽带，地面可监控身体状况：呼吸、心跳、血压，航天员在执行任务

时身体的各项指标随时受地面指控中心监控。为什么生理背心应有很高的抗污抗菌性能特

征？

答案：因为航天员在日常训练和执行任务时都需要穿上它，因此一经制成，这件布满传感器

的背心将不得再清洗，这就要求其面料的抗污、抗菌性能非常高。此外，由于飞船内部是一

个纯氧环境，要求生理背心具有抗静电、阻燃的特性，而从穿着舒适的角度来讲，又要求面

料要能吸湿排汗。因此，生理背心的用料非常讲究。

7、“神舟”飞船升空后，会及时展开太阳能电池板，太阳能电池就开始为飞船提供“源动

力”。人们把太阳能电池称为“载人飞船系统动力之源”。以下关于太阳能电池的作用及飞

船动力的说法，正确的是：（）

A、太阳能电池提供的电能供飞船系统的各种电器用电，如通讯设备、计算机、自动控制等；

B、太阳能电池提供的电能主要用来为飞船的运行提供动力，如变轨、姿态调整等；

C、飞船的变轨、姿态调整等要靠发动机，即火箭提供动力；

D、太阳能电池是把太阳能直接转化为电能的装置

答案：ACD

8、生物对外界的刺激能产生相应的反应，这在生物上叫应激性.比如地面生长的植物，根向

地生长，茎背地生长，这是对重力的适应.若在飞船上也有一棵树，将怎样生长，说说理由.

答案：没有重力，根茎可能向任意方向生长

9、在飞船的实验室里，仍然能够使用的仪器是()

A密度计B酒精温度计C天平D水银气压计

答案：B

10、为了节省燃料并使火箭具有最大的推力，火箭发射应选择的地点与方向是①中纬度②

低纬度③向东发射④向西发射，则_____

A．①②B.②③C.①③D.③④

答案C解析：在赤道附近，重力加速度最小，克服重力做功最少，所以选中纬度处发射；

又因地球自西向东转，由于惯性，若向东发射，发射瞬间已拥有了足够大的初动能。所以为

了节省燃料并使火箭具有最大的推力应在赤道附近向东发射。

11、如果在宇宙飞船上划燃火柴，火焰会立即熄灭，是因为()

A氧气不够B在失重状态下，空气不对流C达不到着火点D宇宙飞船上的温度低

答案：B

12、神八进入轨道后它的运行速度是不是要大于第一宇宙速度，加速行驶才能追上天宫？

答案：不是。神八追上天宫一号主要是靠二者的高度不一样，天宫一号稍高一些，根据“高

空低速大周期”可知，神八快一些，所以能追上天宫一号。

13、天宫一号为什么要降低轨道？

答案：天宫一号的测试轨道为350km，与神八对接时轨道高度为343km。因为高一点大气

密度就小了，这样使它的衰减就小了，每转一圈轨道都要降低，这叫轨道衰减（大气阻力）。

所以如果没有任务的话就把它放高一点，这样高度衰减的就比较慢，这样节省推进剂。如果

现在就维持在将来要对接的343公里以上，就得不断的给它加推力、加速爬高。

14、卫星的发射过程中涉及的问题

人造地球卫星的发射速度不得低于7．9km/s．（此速度是卫星的最小发射速度或卫星

绕地球飞行的最大速度．）

轨道倾角：航天器绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角．按轨道倾角可将

卫星运行轨道分为四类：

①顺行轨道：特征是轨道倾角小于90°，在这种轨道上的卫星，绝大多数离地面较近，

高度仅为数百公里，故又称为近地轨道．我国地处北半球，要把卫星送入这种轨道，运载火

箭要朝东南方向发射，这样能充分利用地球自西向东旋转的部分速度，从而可以节约发射能

量，我国的"神舟"号试验飞船都是采用这种轨道发射的；

②逆行轨道：特征是轨道倾角大于90°，欲将卫星送入这种轨道运行，运载火箭需要

朝西南方向发射．不仅无法利用地球自转的部分速度，而且还要付出额外能量克服地球自转

部分的速度．即逆着地球的旋转方向发射耗能较多，因此除了太阳同步轨道外，一般不采用

这种轨道发射；

③赤道轨道：特征是轨道倾角为0°，卫星在赤道上空运行．这种轨道有无数条，但其

中有一条相对地球静止的轨道，即地球同步卫星轨道.计算可知当卫星在赤道上空35786公

里（即约为3.6×104公里）高处自西向东运行一周为23小时56分4秒（约为24小时），

即卫星相对地表静止．从地球上看，卫星犹如固定在赤道上空某一点随地球一起转动．在

同步卫星轨道上均匀分布3颗通信卫星即可以进行全球通信的科学设想早已实现．世界上

主要的通信卫星都分布在这条轨道上；

④极地轨道：特点是轨道倾角恰好等于90°，它因卫星过南北两极而得名，在这种轨

道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区的上空．