[科普中國(guó)]-第三宇宙速度

第三宇宙速度（Third Cosmic Velocity ）——從地球起飛的航天器飛行速度達(dá)到16.7千米/秒時(shí)，無(wú)需后續(xù)加速就可以擺脫太陽(yáng)引力的束縛1，脫離太陽(yáng)系進(jìn)入更廣袤的宇宙空間。這個(gè)從地球起飛脫離太陽(yáng)系的最低飛行初速度就是第三宇宙速度。

相關(guān)數(shù)值若要使在地球表面的物體掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去，則必須使它的初速度大于或等于16.7km/s，即第三宇宙速度2。

第三宇宙速度v3 從地球表面發(fā)射航天器，飛出太陽(yáng)系，到浩瀚的銀河系中漫游所需要的最小速度，就叫做第三宇宙速度。按照力學(xué)理論可以計(jì)算出第三宇宙速度v3=16.7km/s。需要注意的是，這是選擇航天器入軌速度與地球公轉(zhuǎn)速度切線方向一致時(shí)計(jì)算出的v3值；如果方向不一致，所需速度就要大于16.7㎞/s了?？梢哉f(shuō)，航天器的速度是掙脫地球乃至太陽(yáng)引力的唯一要素，現(xiàn)如今火箭可以突破該宇宙速度。

第一宇宙速度v1 航天器沿地球表面作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)必須具備的速度，也叫環(huán)繞速度。按照力學(xué)理論可以計(jì)算出v1=7.9km/s。航天器在距離地面表面數(shù)百公里以上的高空運(yùn)行，地面對(duì)航天器引力比在地面時(shí)要小，故其速度也略小于v1。

第二宇宙速度v2 當(dāng)航天器超過(guò)第一宇宙速度v1達(dá)到一定值時(shí)，它就會(huì)脫離地球的引力場(chǎng)而成為圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星，這個(gè)速度就叫做第二宇宙速度，亦稱脫離速度。按照力學(xué)理論可以計(jì)算出第二宇宙速度v2=11.2km/s。由于月球還未超出地球引力的范圍，故從地面發(fā)射探月航天器，其初始速度不小于10.848km/s即可。

宇宙速度宇宙速度是指物體達(dá)到11.2千米/秒（第二宇宙速度）的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)能擺脫地球引力束縛的一種速度。在太陽(yáng)系中，飛行器要想逃逸太陽(yáng)的引力，速度應(yīng)該是地球運(yùn)動(dòng)方向上再加16.9公里每秒，即33十17=50公里每秒的速度。擺脫地球束縛的過(guò)程中，在地球引力的作用下它并不是直線飛離地球，而是按拋物線飛行。脫離地球引力后在太陽(yáng)引力作用下繞太陽(yáng)運(yùn)行。若要擺脫太陽(yáng)引力的束縛飛出太陽(yáng)系 ，物體的運(yùn)動(dòng)速度必須達(dá)到16.7千米/秒3。那時(shí)將按雙曲線軌跡飛離地球，而相對(duì)太陽(yáng)來(lái)說(shuō)它將沿拋物線飛離太陽(yáng)。

人類(lèi)的航天活動(dòng)，并不是一味地要逃離地球。特別是當(dāng)前的應(yīng)用航天器，需要繞地球飛行，即讓航天器作圓周運(yùn)動(dòng)。我們知道，必須始終有一個(gè)與向心力大小相等，方向相反的力作用在航天器上。在這里，我們正好可以利用地球的引力。因?yàn)榈厍驅(qū)ξ矬w的引力，正好與物體作曲線運(yùn)動(dòng)的離心力方向相反。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在地面上，物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到7.9千米/秒（環(huán)繞速度）時(shí)，地球?qū)λ囊ν耆憩F(xiàn)為向心力。這個(gè)速度被稱為環(huán)繞速度。

上述使物體繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)的速度被稱為第一宇宙速度；擺脫地球引力束縛，飛離地球的速度叫第二宇宙速度。而擺脫太陽(yáng)引力束縛，飛出太陽(yáng)系的速度叫第三宇宙速度。根據(jù)萬(wàn)有引力定律，兩個(gè)物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此，物體離地球中心的距離不同，其環(huán)繞速度（第一宇宙速度）和脫離速度（第二宇宙速度）有不同的數(shù)值。

計(jì)算方式計(jì)算方式：

（G——引力常數(shù)，M——被環(huán)繞天體質(zhì)量，m——環(huán)繞物體質(zhì)量，r——環(huán)繞半徑，v——速度），得出，月球半徑約1738公里，是地球的3/11。質(zhì)量約7350億億噸，相當(dāng)于地球質(zhì)量的1/81。

月球的第一宇宙速度約是1.68km/s。

再根據(jù)：（a是人造天體運(yùn)動(dòng)軌道的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)。a→∞），得第二宇宙速度v2=2.38km/s。

一般地，第二宇宙速度v2等于第一宇宙速度v1乘以。

第三宇宙速度v3：

以地球打比方，繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的平均線速度為29.8km/s。在地球軌道上，要使人造天體脫離太陽(yáng)引力場(chǎng)的逃逸速度為42.1km/s。當(dāng)它與地球的運(yùn)動(dòng)方向一致的時(shí)候，能夠充分利用地球的運(yùn)動(dòng)速度，在這種情況下，人造天體在脫離地球引力場(chǎng)后本身所需要的速度僅為兩者之差v0=12.3km/s。設(shè)在地球表面發(fā)射速度為v3，分別列出兩個(gè)活力公式并且聯(lián)立：

（d是地球引力的作用范圍半徑）。由于d