北京時間2016年11月18日13時59分，神舟十一號載人飛船返回艙在內(nèi)蒙古主著陸場成功著陸。有關(guān)宇宙飛船的問題再次成為全社會關(guān)注的熱點，同時也是物理教學(xué)的亮點，本文就宇宙飛船的相關(guān)知識點做以整理和概括。

飛船發(fā)射時

 神舟飛船點火發(fā)射時, 受火箭推力作用, 推力大于阻力和重力 , 飛船處于加速階段 , 飛船的加速度可達到4g。同時推力對飛船做了功 , 飛船的動能和勢能不斷增加 ,從能量角度看, 所增加的機械能是燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來的。“神舟十一號”進入預(yù)定軌道后為節(jié)省燃料，會打開兩側(cè)的太陽能電池板，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，太陽能屬于可再生能源。

運載火箭點火后離開發(fā)射臺升空的瞬間, 只見火箭底部涌出龐大 的白色氣團 , 其實這不是火箭噴出的廢氣。我們知道 , 當(dāng)火箭剛點火發(fā)射時, 高溫的火焰向下噴到發(fā)射臺的地面 , 此時任何物質(zhì)遇到如此高溫的火焰都要熔化。為了保護發(fā)射臺的臺底 ,航天工程師們在 臺底建造了一個大水池 , 當(dāng)火箭點火發(fā)射時 , 高溫的火焰向下噴到大水池里 , 水池中的水激劇汽化形成水蒸氣, 大量的水蒸氣遇到周圍的冷空氣, 凝結(jié)成大量的小水珠, 從而形成龐大的白色氣團。同時因為大水池中的水汽化時要吸收大量的熱量 , 從而保護了發(fā)射臺。

 

 

運行與變軌

 飛船被發(fā)射到近地軌道1，此時萬有引力恰好提供所需向心力，即GMm/r2=mv2/r，做勻速 圓周運動（v1）。當(dāng)飛船運動到a點時，第一次點火加速（v2），飛

船所需向心力增大，但是萬有引力不變，即GMm/r2<mv2/r，做離心運動，進入橢圓形軌道2。當(dāng)飛船運行到遠地點b時（v3），第二次點火加速（v4）使得向心力等于該位置萬有引力，進入同步軌道3，繞地球做勻速圓周運動。

 

 

 

超重與失重

飛船發(fā)射時, 航天員超重感比較強 , 最大時達到5G , 而船箭分離時 , 航天員又會感到有一種忽然騰空的感覺 , 這時進人了失重狀態(tài) 。

 

 飛船人軌后人處于完全失重狀態(tài) , 有“漂浮”的感覺 , 宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服 , 食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀 , 以免食物的碎渣漂浮在空中進入宇航員的眼睛、鼻孔。事實上 , 宇航員在太空中的食物一般做成膏狀 ,有適當(dāng)?shù)目谖逗统矶?, 且都裝在軟管中 , 吃時要往嘴里擠壓 , 連喝水也必須使 用吸水管一口一口地喝。飛船艙內(nèi)的馬桶也是特別制造的。馬桶不能用水沖, 要形成人造重力 , 先將臭氣和水抽掉 , 最后用塑料袋把干的部分密封起來。睡覺時宇航員連手都要放在睡袋里面,免得睡著以后手亂動把旁邊的電線、電纜碰斷。 

飛船在發(fā)射升空時處于超重狀態(tài) , 此時如果宇航員直立 , 其頭部血液會流向下肢, 血液淤積在下腳肢靜脈中, 影響血液向心臟回流, 心臟輸血量減少,動脈血壓降低, 造成腦部供血不足, 輕則引起頭暈,視物模糊 , 反應(yīng)遲鈍 , 操作準(zhǔn)確度下降;重則意識喪失, 完會失去控制航天飛船的能力。所以,宇航員在發(fā)射升空階段應(yīng)采取平臥姿勢。事實上 , 航天員楊利偉等人在飛船發(fā)射升空時, 在船艙的躺椅中平躺。

然而, 人體在長時間的失重或超重狀態(tài)下都會損害健康, 并難以恢復(fù), 這是因為人體是在正常重力下經(jīng)過幾百萬年的進化而成的 , 人體的機能在很大程度上依賴于這種一直存在的重力。

火箭回歸時

 飛船在返回過程中，與大氣層劇烈摩擦，機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，使得船體外表變成一團火球。為此，飛船表面有一層“燒蝕層”的特殊物質(zhì)，由固態(tài)先熔化再汽化，能吸收大量熱，從而起到保護作用。

最后，小編想說，關(guān)于宇宙飛船物理新題應(yīng)該在路上了，大家都做好準(zhǔn)備了么。