专题02 神舟飞船中的加速度-【聚焦前沿】神舟飞船中的物理（高中版）

专题02 神舟飞船中的加速度 揭秘石英挠性加速度传感器在神舟飞船的相关技术应用 中国航天科工三院33所研制的石英挠性加速度传感器和“神舟”飞船可谓渊源已久，从“神舟一号”到“神舟七号”，石英挠性加速度传感器成功为飞船返回舱提供了精确的测量；从“神舟八号”到“神舟十号”，作为高精度石英挠性加速度传感器组合的核心器件，石英挠性加速度传感器身兼数职，为交会对接提供速度增量测量、为飞船姿态控制提供微重力测量、为飞船返回舱提供速度测量等。如今，在神舟十一号飞船发射成功之际，我们一起揭开这个屡建功勋的神秘惯性器件――石英挠性加速度传感器的神秘面纱。 实际上，石英挠性加速度传感器，就是一种可以精度测量加速度的传感器，是加速度传感器大家族中的一员。大家日常手机中使用的就有一种叫做MEMS加速度传感器的传感器，只是石英挠性加速度传感器比它精度更高、测得更准、应用领域也更广。 目前，33所的石英挠性加速度传感器技术位居国内第一，已广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、石油、岩土工程等诸多领域，为各类系统的导航、制导、控制、调平、监测等提供精确的加速度测量信号。 但要将这种加速度测量的神器完美应用在“神舟十一号”飞船上也绝非易事。石英挠性加速度传感器太空之旅征途中的第一个障碍，在于发射过程中受到的大的力学冲击。                                     某种石英挠性加速度传感器，资料图 相对于神舟、神箭这样的庞然大物，石英挠性加速度传感器身材小得微不足道，但正是这种娇小才能发挥出高精度测量的优势。也正是这种精密的测量需求，使石英挠性加速度传感器难于承受在火箭发射过程中、星箭分离的大冲击影响，因此需要给石英挠性加速度传感器进行特别设计，当大的力学冲击来临时，能迅速把给石英挠性加速度传感器带来的冲击化解。 面对全新的试验环境，设计人员一次次跑遍了京内各环境试验室，学习航天器的减振、减冲击设计，进行了上百次冲击摸底试验，并最终确定了石英挠性加速度传感器的减振设计。随着“前辈”神舟八号发射升空，石英挠性加速度传感器也顺利经受住了考验，也开始了它的太空之旅。 石英挠性加速度传感器太空之旅的第二个障碍是密封问题。 随着飞船高度增加，空气将越来越稀薄，大气压力也将越来越低，最终将接近于真空。为保证保证石英挠性加速度传感器的测量精度，必须对石英挠性加速度传感器实施密封。 为了充分保证密封的可靠性，又模拟太空使用环境，对这件密封外衣进行了振动、冲击等严酷试验的考核，经过千锤百炼的石英挠性加速度传感器密封外衣终于问世，为石英挠性加速度传感器真空环境工作提供了一个坚实的屏障。 石英挠性加速度传感器太空之旅征程中的第三个障碍是温度控制。 随着飞船运行轨道的变化，环境温度会发生周期性的变化，而温度的变化会对石英挠性加速度传感器的精度产生影响，因此需要让它们始终工作在恒定的范围，让它们工作在一个“温室”环境下。针对太空中能源有限、环境温度变化大，设计人员开始了“温室”的设计工作，一切立足于简洁、可靠、高精度的设计思想，对“温室”进行了大量的试验验证和改进，最终既保证了“温室”的高精度恒温又保证了高可靠性。 相关习题 一、单选题 1．（2021·全国高一期末）如图所示，我国发射“神舟十号”飞船时，先将飞船发送到一个椭圆轨道上，其近地点M距地面200 km，远地点N距地面340 km。进入该轨道正常运行时，通过M、N点时的速率分别是v1和v2，加速度大小分别为a1和a2。当某次飞船通过N点时，地面指挥部发出指令，启动飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动，这时飞船的速率为v3，加速度大小为a3，比较飞船在M、N、P三点正常运行时（不包启动发动机阶段）的速率和加速度大小，下列结论正确的是（　　） A．v1＞v3＞v2，a1＞a3＞a2 B．v1＞v2＞v3，a1＞a2＝a3 C．v1＞v2＝v3，a1＞a2＞a3 D．v1＞v3＞v2，a1＞a2＝a3 【答案】D 【详解】 根据万有引力提供向心力 得 由题可知,所以，当某次飞船通过N点，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km的圆形轨道绕地球做匀速圆周运动，所以；假设飞船在半径为的圆轨道上做匀速圆周运动，经过M点时的速率为，根据 得 又因为，所以，飞船在圆轨道M点时需加速才能进入椭圆轨道，则，故，故D正确，ABC错误。 故选D。 2．（2021·浙江高一月考）宇航员王亚平在，“天宫一号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象。若飞船质量为m、距地球表面高度为h，地球质量为M、半径为R，引力常量为G，则飞船内的王亚平的加速度大小为（　　） A．0 B． C．