美國“嗅碳”衛星墜毀南極洲

楊先發

2009年2月24日，美國首顆專門用于觀測研究大氣中二氧化碳的“嗅碳”衛星在發射升空過程中出現“意外”，最終因“金牛座”XL運載火箭的整流罩沒能按計劃與火箭分離而“星箭俱毀”。這顆價值2.78億美元的衛星最終墜落在南極洲附近海域，火箭殘骸攜帶有大量有毒燃料和其他物質。美國“嗅碳”衛星的主要任務是繪制完整的大氣二氧化碳循環地理分布圖，為研究氣候變化提供更多科學依據。據美國宇航局介紹，若這顆自重400多公斤的衛星在600公里高的軌道上運行，每16天可采集到大約800萬個全球二氧化碳精確測量數據。

此“嗅碳”衛星是于太平洋時間2009年2月24日1時55分（北京時間2009的2月24日17時55分）從加利福尼亞州范登堡空軍基地搭乘“金牛座”XL運載火箭升空的，從火箭點火到火箭的第一和第二級、第二和第三級依次分離等過程都比較順利。當火箭發射升空約15分鐘后，美國宇航局透露了整流罩沒能與火箭分離的消息。專家稱，各國對這一故障的補救措施非常有限。

1． 關于美國這顆“嗅碳”衛星從發射升空到最終墜落在南極洲附近海域的過程中，下列說法正確的是（）

A． “嗅碳”衛星在發射升空的過程中，衛星處于失重狀態

B． “嗅碳”衛星在發射升空的過程中，衛星處于超重狀態

C． “嗅碳”衛星出現“意外”到墜落在南極洲附近海域的過程中，衛星處于失重狀態

D． “嗅碳”衛星出現“意外”到墜落在南極洲附近海域的過程中，衛星處于超重狀態

2． “嗅碳”衛星搭乘“金牛座”XL運載火箭升空，從火箭點火到火箭的第一和第二級、第二和第三級依次分離等過程都比較順利?！敖鹋Ｗ盭L運載火箭的最后一級以v₀=7.6 km/s的速度飛行，這一級火箭由一個質量為m=180 kg的儀器艙和一質量為M=360 kg的火箭殼（在儀器艙后面）扣在一起。當松開后，它們之間的壓縮彈簧使兩者分離，這時儀器艙相對于火箭的速度為0.9 km/s。設所有速度都在同一直線上，則兩者分開后儀器艙的速度大小是（）

A． 7 km/s B． 7.9 km/s

C． 8.2 km/s D． 9.1 km/s

3． 美國這顆價值2.78億美元的“嗅碳”衛星因“金牛座”XL運載火箭的整流罩沒能按計劃與火箭分離而最終墜落在南極洲附近海域，若“嗅碳”衛星在離海平面很近的某高處向下加速運動，經過時間t0落至地面。已知在“嗅碳”衛星運動過程中“嗅碳”衛星所受的空氣阻力恒定。則關于“嗅碳”衛星的機械能隨時間的變化圖象可能正確的是（）

4． “嗅碳”衛星搭乘“金牛座”XL運載火箭殘骸攜帶有大量有毒燃料和其他物質。如圖1是觀察光的薄膜干涉現象的實驗裝置，圖（a）是點燃的酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖（b）是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將此裝置帶入太空，假設仍然能夠像圖（a）那樣點燃酒精燈，則下列關于這個實驗的說法中正確的是（）

A． 將該實驗裝置在勻速圓周運動的“空間站”中做實驗，仍可觀察到類似地球上的干涉條紋

B． 將該實驗裝置在勻速圓周運動的“空間站”中做實驗，將觀察不到類似地球上的干涉條紋

C． 將該實驗裝置移到月球上做實驗，仍可觀察到類似地球上的干涉條紋

D． 將該實驗裝置移到月球上做實驗，將觀察不到類似地球上的干涉條紋

5． “嗅碳”衛星發射時，也準備將其先發射至近地圓軌道1，然后經點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛星送至原計劃圓軌道3運行，軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點。如圖2所示,則衛星分別在1、2、3軌道上運行時，以下說法正確的是（）

A. 衛星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率

B. 衛星在軌道3上的機械能大于在軌道1上的機械能

C. 衛星在軌道1上經過Q點時的速度大于它在軌道2上經過Q點時的速度

D. 衛星在軌道2上經過P點的速度小于它在軌道3上經過P點時的速度

6． “嗅碳”衛星在地球表面上未發射時受到地球對它的引力為4 335 N，發射升空過程出現“意外”時，“嗅碳”衛星受到地球的引力減小至3 840 N。已知地球半徑為R=6.4×10⁰ km，求“嗅碳”衛星發生“意外”時距地面的高度h是多少？

7． 據美國宇航局介紹，若這顆自重400多公斤的衛星在600公里高的軌道上運行，每16天可采集到大約800萬個全球二氧化碳精確測量數據。通過這些數據能測出整個大氣中二氧化碳的含量，若測得二氧化碳的含量為整個大氣層的P%，又已知地球半徑約為R，空氣的摩爾質量約為M₀，一個標準大氣壓約為P₀。利用以上數據可估算出地球表面大氣中二氧化碳的體積V為多少？ （若地球大氣層的重力加速度均為g，標準狀態下1 mol氣體的體積為v）