静止是相对的,必须有个参照物,国际空间站刹车是相对于什么静止?
如果是相对于太阳或遥远的恒星静止(怎么做到的就不知道了),那是不可能和地球同步了,因为地球有自转还有公转。
如果是相对于地球质心静止,角速度为0,明显和地球不同步。
如果是相对于地球表面静止,那马上就不同步了。绕地球运行的所有轨道中,只有一条轨道和地球每个地方都同步,那就是“地球静止同步轨道”,又叫克拉克轨道,是亚瑟.查理斯.克拉克在他的小说《无线世界》的提议。这是一条轨道偏心率和轨道倾角(轨道面和地球赤道面夹角)皆为零、距地35786公里的正圆形轨道,是垂直于赤道上方的轨道。“星下点(卫星和地心连线与地面的交点)轨迹”是个“点”,
卫星运动速度每秒3.07公里,轨道周期为23小时56分04秒,与地球自转周期相同。因此和地球同步(角速度相同)。而国际空间站的运行轨道高度397公里,属于近地轨道,轨道倾角51.6度,还是个椭圆轨道。在此轨道高度如果和地球同步(即和地球角速度相同),那它的线速度大小能否达到在此轨道所需的运行速度的大小呢?咱们下面算一算国际空间站此时相对于地球质心的线速度Ⅴ1的大小:
地球角速度ω=2π/(24X3600)=7.29x10^-5弧度/秒,地球半径为6378千米,那么国际空间站处的半径r=6378+397=6775千米,那么V1=ωr≈0.49千米/秒,也就是说还不到0.5千米/秒,而国际空间站所处的近地轨道作圆周运动所需的运行速度Ⅴ=√gr≈7.9千米/秒(g为重力加速度,数值为9.8米/秒²),才能不坠落地球。0.5千米/秒的速度不能维持国际空间站不坠落,所以不可能和地球同步。更何况国际空间站有轨道倾角,它的“星下点轨迹”象个“8”,根本不是个点,即使不坠落也可能和地球同步。还有它的轨道还是椭圆的,轨道高度一直变化,又怎么能算同步?
不会。因为要同步的话意味着角速度要相同(就是同圆心不同半径的两个物体相同时间转过的角度要一样),角速度相同根据一系列物理定律公式推导出来只有一个高度,就是距地面3万6千公里左右,这个轨道我们准确的叫法叫同步轨道(就是卫星在3万6千公里这个轨道高度上相对地面是正上方静止的),而空间站的高度只有400公里,达不到3万6千公里这么高,所以是不能静止的。
国际空间站之所以能环绕地球飞行,就是因为它的速度接近第一宇宙速度7.9公里/秒,如果开始减速,都不需要刹车到停止,它就会坠入大气层燃烧成灰烬。而如果想和地球相对同步,需要进入高度为35786公里的地球同步轨道,虽然这个轨道的飞行器也是在绕地球飞行,但是它和地球的某一位置是相对静止的。
空间站围绕地球旋转的过程可以理解成是匀速圆周运动,要实现匀速圆周运动那就有一个力充当向心力,此时地球对空间站的引力就是向心力,由此可以得到公式:
F向心力=F引力
其中F引力=G·(Mm)/r^2,题主所问问题是当控件站的速度减慢后能不能实现与地球同步,那么我们根据匀速圆周运动列等式如下:
mrω^2=G·(Mm)/r^2
当空间站减速时ω间小到与地球角速度一致时(假设这个时候空间站还没往下掉,半径r还没变),此时等式右边的万有引力公式中地球质量、空间站质量、半径都未发生改变,但左边的角速度变小。那么如果要让等式继续相等,唯一的办法只有让半径增大。其实半径增大的过程中地球对空间站的引力逐渐变小,空间站可以以较低的速度继续绕地球做匀速圆周运动。这个半径r大约是距离地面3.6万千米。