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 или другого объекта 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[3] v2, км/с[4]
Энцелад 1,8×10−5[5] 0,169 0,239[6]
Церера 1,57×10−4[7] 0,37 0,52[6]
Луна 0,0123 1,678 2,4
Меркурий 0,0553 3,005 4,3
Венера 0,815 7,325 10,4
Земля 1 7,91 11,2
Марс 0,107 3,546 5,0
Юпитер 317,8 42,58 59,5
Сатурн 95,2 25,535 35,5
Уран 14,54 15,121 21,3
Нептун 17,1 16,666 23,5
Солнце 332 940 437,047 618,1[6]
Белый карлик Сириус B 338 933 4 800 6 800[6]
Нейтронная звезда PSR J0348+0432[en] ок. 670 000 143 000 ± 10 000[8] ~ 200 000[8][6]

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. Следует отметить, что космическому кораблю с постоянно работающим двигателем нет необходимости развивать такую скорость для осуществления пилотируемого межзвёздного перелёта к планетным системам других звёзд.

Четвёртая космическая скорость[править | править код]

Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела, позволяющая преодолеть притяжение галактики в данной точке. Четвёртая космическая скорость используется довольно редко. Ни один искусственный объект пока не развивал такой скорости.

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. Дата обращения: 16 ноября 2017.
  3. Первая космическая скорость, онлайн расчет. Калькулятор – справочный портал. Дата обращения: 26 июля 2019.
  4. Dr. David R. Williams. Planetary Fact Sheet - Metric (англ.). NASA. Дата обращения: 16 ноября 2017.
  5. Jacobson, R. A.; Antreasian, P. G.; Bordi, J. J.; Criddle, K. E. et al. The Gravity Field of the Saturnian System from Satellite Observations and Spacecraft Tracking Data (англ.) // The Astronomical Journal : journal. — IOP Publishing, 2006. — December (vol. 132). — P. 2520—2526. — doi:10.1086/508812.
  6. 1 2 3 4 5 Вторая космическая скорость, онлайн расчет. Калькулятор – справочный портал. Дата обращения: 28 июля 2019.
  7. Carry, Benoit; et al. Near-Infrared Mapping and Physical Properties of the Dwarf-Planet Ceres (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — EDP Sciences, 2008. — January (vol. 478, no. 1). — P. 235—244. — doi:10.1051/0004-6361:20078166.
  8. 1 2 Строго говоря, при расчёте должны учитываться релятивистские поправки, однако гораздо большую неточность вносит имеющая место на сегодняшний день неопределённость значения радиуса нейтронной звезды

Литература[править | править код]