2011年11月10日 星期四

宇宙速度:7.9; 11.2; 16.7公里/秒

航天器达到11.2公里/秒的第二宇宙速度时,将摆脱地球引力而绕太阳运行; 同时,若要到达其他行星,航天器需要超过11.2公里/秒的速度,即“变轨”。 到达其他行星需要的最小速度(km/s) 水星 金星 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 11.6 11.5 11.6 14.2 15.2 15.9 16.2 16.3 在火星探测领域,美国是老大, 目前火星上有5个探测器,美国就占了4个, 另外一个是欧洲的“火星快车”。 美国在11月25日还将要发射第三代火星车。 --------------------------- 第一宇宙速度:7.9公里/秒 在地面上向远处发射炮弹,炮弹速度越高飞行距离越远, 当炮弹的速度达到“7.9千米/秒”时,炮弹不再落回地面(不考虑大气作用),而环绕地球作圆周飞行,这就是第一宇宙速度。 第一宇宙速度也是人造卫星在地面附近绕地球做“匀速圆周运动”所必须具有的速度。 但是随着高度的增加,地球引力下降,环绕地球飞行所需要的飞行速度也降低, 所有航天器都是在距地面很高的大气层外飞行,所以它们的飞行速度都比第一宇宙速度低。 第一宇宙速度的计算公式是: V1=√gR(m/s),其中g=9.8(m/s2),R=6.4×106(m)。 第二宇宙速度 第二宇宙速度--当物体(航天器)飞行速度达到11.2千米/秒时,就可以摆脱地球引力的束缚, 飞离地球进入环绕太阳运行的轨道,不再绕地球运行。这个脱离地球引力的最小速度就是第二宇宙速度。 各种行星探测器的起始飞行速度都高于第二宇宙速度。 第二宇宙速度(V2) 当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时, 它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称逃逸速度。 按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒。 由于月球还未超出地球引力的范围,故从地面发射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可。 第二宇宙速度的推倒过程: 假设在地球上将一颗质量为m的卫星发射到绕太阳运动的轨道需要的最小发射速度为V; 此时卫星绕太阳运动可认为是不受地球引力,距离地球无穷远; 认为无穷远处是引力势能0势面,并且发射速度是最小速度,则卫星刚好可以到达无穷远处。 由动能定理得 1/2*mV^2-GMm/r=0; 解得V=√(2GM/r) 这个值正好是第一宇宙速度的√2倍。 第三宇宙速度 第三宇宙速度--从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时,就可以摆脱太阳引力的束缚, 脱离太阳系进入更广漠的宇宙空间。这个从地球起飞脱离太阳系的最低飞行速度就是第三宇宙速度。 如果想使物体挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去,必须使它的速度等于或者大于16.7km/s,即第三宇宙速度。 第三宇宙速度(V3) 从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度。 按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒。需要注意的是,这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值; 如果方向不一致,所需速度就要大于16.7公里/秒了。 可以说,航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素,目前只有火箭才能突破该宇宙速度。

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