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1 # 知足常樂0724
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2 # 寒蕭99
7.9千米每秒指的是地球表面的逃逸速度,意思是說如果從地球表面起飛的物體,需要達到這個速度才可以進入圍繞地球執行的軌道,而不會掉下來。
就像是我們朝天上扔石頭,如果勁小一些,石頭很快就會以一個拋物線掉下來。如果勁大一些,石頭就會飛的更高,會形成一個較大的拋物線。如果你能將石頭的加速度達到7.9千米每秒,那麼這個石頭就不會掉下來了。
我們透過扔石頭的試驗就會發現,石頭在上升的過程中,速度是在不斷減小的。最後速度為0,達到最高點,然後向下墜落。
不過,當飛行器以第一宇宙速度進入環繞軌道之後,就不需要發動機再工作了,這時可以關閉發動機,飛行器依然可以在軌道上飛行。
至於這時飛行器的速度並不是確定的,是根據不同高度的軌道,速度也是不同的。在非圓形軌道中,近地點和遠地點的速度也是不同的。
飛行器距離地面越近,其速度就越接近7.9千米/秒,反之就會小於這個數值。所以,在環繞軌道上飛行的航天器,其飛行速度是小於第一宇宙速度的。
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3 # 來看世界呀
7.9km/s是第一宇宙速度,是繞地球執行的最低速度,但卻不是所有航天器的執行速度。火箭作用是將衛星匯入預定地球軌道,星箭分離後航天器速度常大於第一宇宙速度。
物理學的發展中,曾應用“理想實驗”,是由伽利略開始的,他在研究摩擦力的時候設想如果有完全光滑完全無阻力無摩擦的世界,一個物體可以沿著另一個物體的表面一直運動下去。第一宇宙速度的概念也是理想情況下的,由於引力的的影響,沿著地面切線的方向扔出一個物體,只要高度相當落地的時間是相同的,
排除大氣阻力的干擾,如果初速度足夠大,物體就會飛的就足夠遠,達到一定程度就可以沿著球體地球的表面劃出一個類似圓形的執行軌跡,而圓形運動有所謂的“向心力”,速度大到一定程度,物體劃出的圓形軌跡的向心力會等於或者大於地球的引力,此時物體就會一直沿著地面的切線方向飛行,不會掉落下來。
這就得出了地球的第一宇宙速度,地球的引力恰好提供了航天器的向心力,太空中幾乎沒有大氣阻力只有地球引力,恰好滿足“理想實驗”的結論,經過計算這個速度最低就是7.9公里每秒。相似地,地球的引力畢竟是有限的,在軌道上執行時速度若過大,就會使得向心力大於地球引力,航天器在軌道上執行時會逐漸遠離地球,也就是所謂的“脫離地球引力”,實際上是進入了太陽軌道,這是第二宇宙速度,最低是11.2km/s;接著往下算,整個太陽系的質量也是有限的,提供的引力也有限,若超過16.7km/s的第三宇宙速度,航天器就可以在無動力的情況下靠著慣性飛出太陽系。
那麼探測器圍繞地球執行的速度在7.9-11.2km/s之間,低於7.9km/s的速度則墜向地球,高於11.2km/s的速度則遠離地球,航天器的速度一般也是大於7.9km/s的第一宇宙速度。然而這種情況是比較理想的,也就是地球的引力中心是固定不變且位於地球的幾何中心,飛行器的軌道是規則的圓形,這時無論運動到何處地球對航天器的引力都是均衡的。
可惜的是,地球並不是完美的球體,物質元素分佈的不均勻使得地球表面各處的引力也不均勻,因此航天器受到的引力也是不均勻的,因此航天器的軌道都不是完美的圓,通常是一個橢圓,在遠地點時的最低速度是第一宇宙速度,近地點時卻大於這個速度。實際情況中,航天器的軌道是橢圓,有近地點和遠地點,近地點速度快動能大,遠地點速度低動能小,相對的近地點重力勢能低,遠地點重力勢能大,航天器靠重力勢能和動能的轉換維持在地球軌道上,太空幾乎無大氣阻力的特點使的航天器一直維持在軌道上。
主要是在發射的時候,運載火箭給航天器提供了繞地執行的初始動能。第一宇宙速度和第二宇宙速度的存在,使得航天器最低7.9km/s才能維持在軌道上,需要火箭至少將航天器加速到這個程度。航天的發射中火箭的作用只是給航天器提供初始的動能,按照火箭的設計,在分離最後一級火箭的時候星箭結合體的需要接近第一宇宙速度進入停泊軌道,
這時無動力執行,星箭結合體高度升高速度逐漸降低,靠著慣性滑行,到達指定的入軌點時星箭結合體分離,航天器啟動推進器最後一次短暫調整速度引數,最終使探測器達到預定速度和軌道高度,此後探測器就靠慣性、勢能動能的轉換維持在軌道上。
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4 # 奔跑吧爸爸
發射衛星、飛船等在軌執行航天器時,火箭與航天器分離前的最小發射速度需大於7.9km/s,這是由第一宇宙速度決定的,否則航天器會被拉回地球大氣層墜毀,中國火箭發射衛星的實際最大速度為8.5km/s~10km/s之間。
發射深空探測器(如“天問一號”火星探測器)時,火箭與探測器分離前的最大速度需大於11.2km/s,這是由第二宇宙速度決定的,否則探測器只能成為地球的衛星,而不能成為其他行星的探測器,如中國的長征五號遙四火箭發射“天問一號”時的最大速度突破11.2km/s,重新整理了中國火箭的最大發射速度。
以上描述的均為火箭發射速度。而在軌執行速度是指衛星進入執行軌道後環繞地球做圓周運動或橢圓運動的線速度。當衛星“貼著”地面(低軌衛星200公里到400公里內)飛行時,最大執行速度略大於第一宇宙速度7.9km/s;隨著衛星軌道高度的增加,衛星所需的執行速度會越來越小,比如中國的北斗導航GEO地球靜止軌道衛星,軌道高度35786公里,此時衛星的執行速度為3.07km/s;中國的“天問一號”火星探測器在分離時的速度大於11.2km/s,而現在地火轉移軌道上執行速度為3.5km/s。大家可能有個疑問,為什麼發射速度那麼大(7.9km/s),GEO高軌道速度卻變小(3.07km/s)了呢,中間經歷了怎樣的過程?這所有的一切都由衛星的變軌造成的。 衛星由低軌到高軌的過程,要克服萬有引力做功,所以速度減小了。
當火箭帶著衛星剛入軌時,進入的是近地圓形軌道,速度7.9km/s,如下圖中軌道1的速度;衛星執行到N點時,經過一個短暫加速進入橢圓軌道2,因此在橢圓軌道執行時,經過N點的速度大於1軌道的速度;而橢圓軌道執行是一個變速運動,在近地點速度大,遠地點速度小,當它運動到遠地點M時,再經過一個短暫的加速進入高軌道3執行,因此,在3軌道運動行時的速度大於在2軌道執行時經過M點時的速度。不難看出,在橢圓軌道執行時,經過N點的速度是最大的速度,經過M點的速度是一個最小的速度,即:V2N>V1>V3>V2M。
最後我們發現,雖然經過了兩次加速,衛星由低軌道轉入高軌道執行,其速度反而減小了。這正是由於衛星抬高軌道,克服地球引力做功,衛星執行速度變小。這也正解釋了前面的疑問。
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宇航器脫離地球在太空中的速度肯定大於宇宙第一速度的7.9KM/S。
宇宙飛船脫離地球后進入太空的速度,不再取決於它是第幾宇宙速度,因為宇宙飛船的動力已經不是宇宙飛船自身提供的,而是軌道動力提供的。美國在1977年9月5日發射的旅行者1號已經飛行了幾十年了,現在仍然還在翱翔,其速度為17.062KM/S。此時,宇宙飛船的速度,就是由它所在軌道的高低決定的。比如地球衛星離地球越遠,速度越慢同樣宇宙飛船離太陽越遠,宇宙飛船的速度也越慢,假設宇宙飛船在地球公轉軌道中執行,那麼宇宙飛船的速度就是每秒約30千米。