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宇宙速度是什么?
🪐宇宙速度(cosmic velocity),是指物体从地球出发,要脱离天体重力场的四个较有代表性的初始速度的统称。
🚀航天器按其任务的不同,需要达到这四个宇宙速度的其中一个。
🌕例月球1号需达到第二宇宙速度,才能摆脱地球重力;旅行者2号则需达到第三宇宙速度,才能离开太阳系。
Ⓜ️宇宙速度的概念也可应用于在其他天体发射航天器。例计算火星的环绕速度和逃逸速度,只需将火星的质量、半径代入公式中。
🌀逃逸速度是指一物体的动能等于该物体的重力势能的大小时的该物体的速率。逃逸速度一般描述为摆脱一重力场的引力束缚飞离那重力场所需的最低速率。
💫对第一、第二宇宙速度来说,“逃逸速度”用词不当,因它实际上是速率,不是速度,它表示该物体必须运动得多快,与运动方向无关,除了不是移向那重力场。术语地说,逃逸速度是标量,而非向量。
第一宇宙速度,又称环绕速度,指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度。要作圆周运动,必须始终有一个力作用在航天器上。
由于地球表面存在稠密的大气层,航天器受空气阻力影响,不可能贴近地球表面作圆周运动,必须在约150公里的飞行高度上才能作圆周运动。在此高度的环绕速度为7.9公里/秒。
第二宇宙速度,即地球的“脱离速度”或者“逃逸速度”,是指在地球上发射的物体摆脱地球引力束缚,飞离地球所需的最小初始速度。
🌍地球表面有稠密的大气层,太空船飞行有阻力,难以达到这样高的初始速度起飞。实际上,太空船是先离开大气层,再加速完成脱离。在这高度下,太空船的脱离速度较小,约为10.9公里/秒。
第三宇宙速度,是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度。
☀️在地球轨道上,要脱离太阳引力所需的初始速度为42.1公里/秒,但地球绕太阳公转时令地面所有物体已具有29.8公里/秒的初始速度,若沿地球公转方向发射,只需在脱离地球引力以外额外再加上适当的动能。
第四宇宙速度,是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚,飞出银河系所需的最小初始速度。
🌌但因尚未知道银河系的准确大小与质量,只能粗略估算,其数值在525公里/秒以上。目前没有航天器能够达到这个速度。
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