人民网北京7月6日电据中国航天科技集团公司官网消息,6月19日,长征三号乙遥二十八火箭发射中星9A卫星过程中运载火箭出现异常,未能将卫星送入预定轨道。中航科技集团公司在西安卫星测控中心的密切配合下,通过准确实施10次轨道调整,卫星于7月5日成功定点于东经101.4°赤道上空的预定轨道。目前,卫星各系统工作正常,转发器已开通,后续将按计划开展在轨测试工作。
如图所示,卫星圆轨道Ⅰ通过椭圆轨道Ⅱ调整至圆轨道Ⅲ,
P点是圆轨道Ⅰ和椭圆轨道Ⅱ的切点,
Q点椭圆轨道Ⅱ调和圆轨道Ⅲ的切点。已知中星9A卫星的质量为
m=700kg,地球质量为
M=5.98×10
24kg,地球表面重力加速度
g=9.80m/s
2,地球半径为
R0=6400km,圆轨道Ⅰ的轨道半径为1.5
R0,圆轨道Ⅰ的轨道半径为2.5
R0,地面附近物体所受重力等于万有引力,

=1.41,

=1.73,

=2.34,地球同步卫星的轨道半径为6.6
R0、环绕周期为
T0=8.64×10
4s。

求:
(1)卫星在圆轨道I、Ⅲ上运行的速度
v1、
v4各是多大?
(2)将卫星从圆轨道I送到圆轨道Ⅲ,至少要对卫星做多少功?
(3)以距离地球无限远处为势能零点,质量为
m卫星距离地心为
R时,其引力势能为

,且卫星在
P点和
Q点时,

,则卫星在椭圆轨道
P点、
Q点的速度各是多大?