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。
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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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