高中物理知識關于航天工程之應用

韓鴻宇

（武漢市育才高級中學，湖北 武漢）

我國科技的迅猛發展，帶動著各個領域技術的革新。航天領域更是在取得傲人的成績時，繼續堅持不懈地進步著。高中物理知識作為了解航天工程技術的基礎，更是被劃為高考的必考類題目。通過這種命題，拓展了中學生關于物理知識在航天工程領域中的應用，亦增強了其對物理知識的理解與掌握。

一、衛星變軌問題

為實現當今航天事業的發展，我們就必須借用航天飛行器來解決相關問題和實踐相關理論。這就涉及高中物理中有關萬有引力和圓周運動當面的知識[1]。

1.理解：人造衛星在軌道運行時，某些不確定因素會對其運行軌道造成影響，使其緩慢地脫離其原有運行軌道。對此，我們就必須依靠裝載在衛星上的小型發動機對其不確定因素造成的偏差進行糾正，使其回到正軌，并正常工作[2]。

2.原理：萬有引力為人造衛星圍繞地球做勻速圓周運動提供向心力，由于衛星正常運轉時，其線速度、半徑、向心加速度、周期都是確定且不變的。若衛星需要實現變軌，只需通過改變其中某個參數的數值便會使其他數據發生變化，從而達到變軌的目的。

3.途徑：當人造衛星在正常運轉時，通過反沖做功，使人造衛星擁有一個與之運動方向一致的推力，從而達到改變軌道半徑的作用。

人們正是通過對已掌握的物理知識進行研究與實踐，從而實現了對人造衛星的實時控制與監控，使之正常地為人類工作。

二、火箭發射中的動量守恒問題

火箭之所以能成抵抗地球的引力而飛出去，正是由于火箭推進器正常工作時嚴格遵守了動量守恒定律。當火箭推進器燃燒室中的燃料充分燃燒時，會在尾部放出大量高壓燃氣，這些燃氣攜帶著巨大的動能，由于動量守恒，火箭就會得到一個等值的反作用能量（即發生反沖現象）。火箭就是根據這個原理，不斷加速，直至超過第一宇宙速度，脫離地球引力的束縛，飛離地球。

三、航天器材中的力學問題

在航天器正常投入使用之前，各個部件都必須經過嚴格的力學環境檢，如：空氣動力學、多體動力學、結構動力學等。簡單舉例來說，航天器的機體會攜帶大量液態推進劑，當其開始做某個運動時，機體內的燃料會進行晃動，從而對其運動方向和容器產生影響。所以，在一切準備就緒之前，力學上的問題必須得到妥善的解決。此外，通過對各種材料的不斷試驗，選出能夠承受巨大壓力的材料作為航天器的生產原料更是至關重要的。所以，力學問題的研究與發展，與我國航天工程技術的發展密切相關，我們在學習過程中應仔細鉆研[3]。

四、如何在物理課程中學習更多的航天工程知識

1.及時查閱相關的航天知識

許多同學都對航天航空工程有著濃厚的興趣，除了書本中題例所普及的航天知識之外，我們應該更多地去了解航天航空領域的知識。現在的網絡十分發達，文獻也極容易查閱，當我們碰見感興趣的案例時，不防抽出時間去多了解與學習。例如課本中所涉及的萬有引力、質能方程、相對論等知識，在書本上的介紹是十分有限的，對此，我們就應對自己感興趣的部分進行拓展和延伸，以此達到充分豐富自己航天知識的目的。此外，這樣的學習方式更能激發我們的學習熱情，在掌握和使用相關物理知識的能力上卓有成效。

2.自我梳理一套完整的知識框架

航天航空工程所涉及的知識和應用非常廣泛和深奧，但僅從物理學方面，我們可以從力學的簡單問題入手，再慢慢加深對其知識的理解和掌握。就近幾年的高考物理試卷分析，天體學的考察總是依托航天航空工程為背景。這類題的難度普遍不低，以我們的基礎物理知識并不能輕易解答。就如前幾年在考查天體學時常將開普勒三大定律引入考題，但是同學們在學習過程中并未進行過深的探究與學習，此類題的失分也就較為嚴重和普遍。故此，這也就要求我們在學習過程中要更具有鉆研精神，并對偏冷門知識進行進一步學習，同時也說明了國家對航天工程人才的培養極為重視。

高中物理知識在航天航空領域中發揮著巨大的作用，也是很多技術得以發展的基礎，這也暗示著我們有必要將中學的知識學扎實，這樣在未來的科研工作中才不會手足無措。