【航天技术】飞多快才能摆脱地心引力？航天器必须面对的三道门槛

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精华笔记

如何飞出地球？先要了解三种宇宙速度。

一、第一宇宙速度

1. 根据常识，在地面上扔一块石头，石头被扔出的速度越大，就会飞得越远。牛顿就想到一个问题：既然地球是圆的，是不是扔出去的速度快到一定程度，石头就不会再落到地上，而是绕着地球运动一圈最后砸到自己的后脑勺？答案是肯定的，这个速度就是第一宇宙速度；

2. 物体获得第一宇宙速度之后，就可以贴着地球表面围绕地球运动，此时地球对于物体的万有引力充当向心力维持物体的圆周运动。地球的第一宇宙速度大概是7.9km/s；

3. 此处说的宇宙速度，指的是物体获得的瞬时速度，不再有后续的加速过程。而如果给物体装上推进器不断推动物体前进，即便是1m/s的速度仍然可以让物体慢慢脱离地球。

二、第二宇宙速度

1. 第二宇宙速度，是指物体获得该速度以后，可以完全摆脱地球的引力；

2. 物体获得第二宇宙速度后，在远离地球的过程中会在引力作用下不断减速。完全摆脱地球引力，是指即使物体不断减速，仍然可以运动到无穷远。第二宇宙速度大概是11.2km/s。

第二宇宙速度的推导

三、第三宇宙速度

1. 第三宇宙速度，是指物体获得该速度后，可以完全脱离太阳系，即使物体不断在太阳的引力下减速，仍然可以运动到无穷远；

2. 地球上的第三宇宙速度，是考虑日地距离之后，物体相对于太阳的势能加上物体的动能，在无穷远处大于零。由此可以算出第三宇宙速度大约是16.7km/s；

3. 此处的第三宇宙速度并非一艘飞船真的要飞出太阳系的速度，因为即便飞出太阳系也要再次尝试摆脱银河系的引力束缚等等。原则上还有第四、第五宇宙速度，第三宇宙速度是只考虑太阳系的情况。

| 三种宇宙速度

思考题：人类制造的最快的飞行物是一台太阳探测器，速度是194km/s，为什么这么快的速度还没有脱离太阳系？