Космическая скорость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Косми́ческие ско́рости (первая v1, вторая v2, третья v3 и четвёртая v4[1]) — характерные критические скорости движения космических объектов в гравитационных полях небесных тел и их систем. Космические скорости используются для характеристики типа движения космического аппарата в сфере действия небесных тел: Солнца, Земли и Луны, других планет и их естественных спутников, а также астероидов и комет.

По определению, космическая скорость — это минимальная начальная скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату) на поверхности небесного тела в отсутствие атмосферы, чтобы:

  • v1 — объект стал искусственным спутником центрального тела, то есть стал вращаться по круговой орбите вокруг него на нулевой или пренебрежимо малой высоте относительно поверхности;
  • v2 — объект преодолел гравитационное притяжение центрального тела и начал двигаться по параболической орбите, получив тем самым возможность удалиться на бесконечно большое расстояние от него;
  • v3 — при запуске с планеты объект покинул планетную систему, преодолев притяжение звезды, то есть это параболическая скорость относительно звезды;
  • v4 — при запуске из планетной системы объект покинул галактику.

Космические скорости могут быть рассчитаны для любого удаления от центра Земли. Однако в космонавтике часто используются величины, рассчитанные конкретно для поверхности шаровой однородной модели Земли радиусом 6371 км.

Первая космическая скорость[править | править код]

Квадрат круговой (первой космической) скорости с точностью до знака равен ньютоновскому потенциалу Φ на поверхности небесного тела (при выборе нулевого потенциала на бесконечности):

где M — масса небесного тела, R — его радиус, G — гравитационная постоянная.

Если скорость КА в момент вывода на орбиту превышает круговую, его орбитой будет эллипс с фокусом в центре притяжения.

Вторая космическая скорость[править | править код]

Между первой и второй космическими скоростями в нерелятивистском случае существует простое соотношение:

Квадрат скорости убегания (второй космической скорости) равен удвоенному ньютоновскому потенциалу на поверхности тела, взятому с обратным знаком:

Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость убегания) обычно определяется в предположении отсутствия каких-либо других небесных тел. Например, для Луны скорость убегания равна 2,4 км/с, несмотря на то, что в действительности для удаления тела на бесконечность с поверхности Луны необходимо преодолеть притяжение Земли, Солнца и Галактики.

Первая и вторая космические скорости для различных небесных тел[править | править код]

Небесное тело Масса (по отношению к массе Земли)[2] v1, км/с[источник не указан 238 дней] v2, км/с[3]
Луна 0,0123 1,680 2,4
Меркурий 0,0553 3,05 4,3
Венера 0,815 7,356 10,4
Земля 1 7,91 11,2
Марс 0,107 3,546 5,0
Юпитер 317,8 43 59,5
Сатурн 95,2 25 35,5
Уран 14,5 15,6 21,3
Нептун 17,1 16,7 23,5
Солнце 333 000 436,7 617,7
Сириус B 325 675 4 711,8 6 663,5
Нейтронная звезда ок. 666 000 ок. 200 000

Третья космическая скорость[править | править код]

КА, начальная скорость которого не меньше третьей космической скорости, в состоянии преодолеть притяжение Солнца и навсегда покинуть пределы Солнечной системы. Только на космических кораблях, которым доступны такие скорости, принципиально могут быть осуществлены пилотируемые межзвёздные перелёты к планетным системам других звёзд.

Четвёртая и пятая космическая скорости[править | править код]

Четвёртая космическая скорость используется довольно редко.

Ещё реже в некоторых источниках встречается понятие «пятая космическая скорость». Это скорость, позволяющая добраться до иной планеты звездной системы вне зависимости от разности плоскостей эклиптики планет. Например, для Солнечной системы и, конкретно, для Земли, чтобы орбита межпланетного перелета была перпендикулярной к земной орбите, нужна скорость запуска 43,6 километра в секунду[4]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Засов А. В., Сурдин В. Г. Космические скорости.
  2. Dr. David R. Williams. Planetary Fact Sheet - Ratio to Earth Values (англ.). NASA. Проверено 16 ноября 2017.
  3. Dr. David R. Williams. Planetary Fact Sheet - Metric (англ.). NASA. Проверено 16 ноября 2017.
  4. Анатолий Шибанов. Заботы космического архитектора

Литература[править | править код]