宇宙速度是多少?简单来说,宇宙速度就是从地球表面向宇宙发射人造地球卫星、行星际和行星际飞行器所需的最低速度空 。
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为什么有最低速度?因为牛顿引力在起作用 。因为万有引力的存在,人造飞行器要想绕地球飞行,或者飞出地球、太阳系,甚至银河系,首先要摆脱地球引力、太阳引力、星系引力的束缚 。为了摆脱这些引力,我们必须有足够高的飞行速度 。
以人造地球卫星为例 。如果人造地球卫星的速度不够高,就无法摆脱地球引力,就会坠落地面 。但如果速度太高,就会飞出环绕地球的轨道 。
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对于天文爱好者来说,大多数人可能听说过第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度 。
第一宇宙速度是人造飞行器绕地球表面转一圈的速度 。地球表面赤道半径R=6378 km,重力加速度为9.8 m/s,根据万有引力定律和牛顿第二定律的公式,我们可以计算出第一宇宙速度的值为每秒7.9公里 。
当人造飞行器的发射速度超过第一宇宙速度时,轨道会从圆形变成椭圆形 。速度越高,轨迹越平坦 。
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当人造飞行器超过第一宇宙速度,达到一定值时,就会脱离地球引力场,成为绕太阳运行的人造行星 。这个速度被称为第二宇宙速度,也叫逃逸速度 。其实每个天体都有自己的逃逸速度,与天体的质量和半径有关 。
所谓“摆脱地球的束缚”,就是几乎不受地球引力的影响,相当于处于离地球无限远的境地 。第二宇宙速度是每秒11.2公里 。
但需要注意的是,由于月球还没有超过地球引力,所以从地面发射月球探测飞船不一定要达到第二宇宙速度,只要其初速度不低于每秒10.848公里即可 。
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人造飞行器要想冲出太阳系,在浩瀚的星系中漫游,需要达到每秒16.7公里的速度,也就是所谓的第三宇宙速度 。
需要注意的是,每秒16.7公里是选择飞行器的轨道速度与地球公转速度同向时计算出的数值 。如果它们的方向不同,飞机所需的速度将大于每秒16.7公里 。没有地球的帮助,直接从地球轨道上摆脱太阳引力所需的实际速度是每秒42.1公里 。
可以说,飞行器的速度是脱离地球乃至太阳引力的唯一因素,只有多级火箭的工质发动机才能突破第三宇宙速度 。
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对于人类来说,能让人造飞行器达到第三宇宙速度,已经是当今科技的极限了 。20世纪70年代,人类将旅行者1号和旅行者2号两个人造飞行器发射到了泰泰空 。科学家希望他们能冲出太阳系,飞进浩瀚的宇宙 。
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