Космические скорости: насколько быстро нужно лететь, чтобы покинуть Землю, планетную систему и галактику?
Несмотря на то, что отечественная космонавтика переживает не лучшие, мягко говоря, времена, космосом на сегодняшний день интересуется все больше людей разного возраста и уровня образования. Усилиями частных инвесторов и популяризаторов науки пространство за пределами нашей планеты становится все более интересным, доступным и понятным, привлекая любознательных граждан к получению новых знаний.
В этом материале мы кратко, избегая сложных пояснений и формулировок, расскажем о космических скоростях, которые необходимы для преодоления гравитационных полей астрономических объектов. В новостных сюжетах мы часто слышим такое словосочетание, как «первая (вторая, третья, четвертая) космическая скорость», однако далеко не каждый обыватель понимает о каких скоростях идет речь и как их определяют.
Что такое космическая скорость
Космическими скоростями в космонавтике (речь идет не только о пилотируемых полетах, но для удобства мы будем называть все запуски искусственных космических аппаратов космонавтикой) пользуются для расчета минимально необходимой скорости для:
1. Выхода космических аппаратов на орбиту Земли;
2. Выхода космических аппаратов за пределы гравитационного поля Земли;
3. Выхода космических аппаратов за пределы Солнечной системы;
4. Выхода космических аппаратов за пределы галактики Млечный Путь.
Естественно, формулы расчета космических скоростей применимы не только к нашей планете, но и к любому другому объекту Вселенной, однако мы рассмотрим лишь актуальные для земных космических аппаратов значения.
Первая космическая скорость — 7,9 км/сек
Чтобы вращаться на орбите Земли, спутнику необходимо иметь первую космическую или круговую скорость, которая для нашей планеты равна примерно 7,9 км/сек. В этом случае объект на орбите будет удерживать сила, называемая в народе центробежной, а движение Земли и сила притяжения не позволят спутнику покинуть гравитационное поле планеты.
Отсюда следует довольно интересное и простое умозаключение: что будет если в формуле расчета первой космической скорости (V1 = (GM/R) в степени 1/2, где M — масса объекта, R — радиус, а G — гравитационная постоянная) поиграть с цифрами и подставить данные, которые определят первую космическую скорость для выдуманного нами объекта, как равную скорости света (чуть менее 300 000 км/сек)?
Мы получим объект огромной массы и малого радиуса, на который свет может падать, но покинуть его гравитационное поле фотоны уже не в состоянии, ведь для этого нужна вторая космическая скорость, которая в данном случае будет превышать скорость света, что невозможно в известной нам Вселенной. Это есть объект, о котором слышал каждый и который астрофизики называют «черной дырой».
Вторая космическая скорость — 11,2 км/сек
В 1959 году в СССР состоялся запуск автоматической межпланетной станции Луна-1 — первого искусственного объекта, покинувшего гравитационное поле Земли и ставшего спутником Солнца. Для этого аппарату пришлось разогнаться до второй космической скорости (она же скорость убегания), которая для Земли составляет порядка 11,2 км/сек. Покинув Землю на такой скорости, объект выходит на параболическую орбиту, которая при условии отсутствия других тел во Вселенной позволила бы ему бесконечно далеко удалиться от планеты.
Третья космическая скорость — 16,6 км/сек
Определить точное значение третьей космической скорости невозможно, так оно может колебаться в довольно широком диапазоне. Имеет значение угол направления запуска к траектории движения Земли по орбите и контакт с гравитационными полями других планет, которые могут как ускорять, так и притормаживать КА. Минимальное значение третьей космической скорости оценивается как 16,6 км/сек.
Четвертая космическая скорость — 400-600 км/сек
Редко употребляемый термин ввиду недосягаемости определяемых им величин для нашей космонавтики в обозримом будущем. Четвертая космическая скорость подразумевает вылет КА за пределы галактики, что в принципе невозможно при текущем и ожидаемом уровне развития технологий. Учитывая, что наша Солнечная система вращается вокруг галактического центра со скоростью около 220 км/сек, примерную расчетную скорость искусственного аппарата для вылета за пределы Млечного Пути можно определить как 400-600 км/сек.
Пожалуйста, оцените статью
Средняя оценка / 5. Количество оценок:
Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.
Интересно, спасибо за статью)
Автор не дуркуй и ахинею не гони солнечную систему еще не один апарат не покинул хотя думали многие так а на деле увы не совсем так так что не надо лгать коли сам не чего не понимаешь и черная дыра то же ложь есть гипотезы но в последнее время и они плывут так как дебет с кредитом не сходится .
А что же тогда, говорят, что Вояджер — первый, что покинуло СС
Говорят много но мало толку включи поиск (где кончаются пределы солнца) и вы там обнаружите что это около двух световых лет так что думайте сами .
вообще-то размер СС составляет около 0,0015 световых лет.
Солнечная система не ограничена орбитами планет.
Вояджер разогнали до 42 км в сек. Для этого использовали удачное расположение тяжелых планет Юпитер, Сатурн, Нептун.
Вояджер уже был хорошо разогнан до Юпитера. И + притяжение Юпитера добавило скорости. Пролетаю около Юпитера по кривой, Вояджер был подхвачен Ураном или Сатурном. Точно не помню.
Говорят что кур доят, Вояджер всего лишь покинул сферу солнечного ветра
Сфера солнечного ветра — Нобелевскую премию за это определение, мужики-то не знали)))
Всё это не только вчерашний, а позавчерашний век. Сейчас при наличии новых технологий следует идти другим путём в области космической логистики и коммуникации.
В этом вопросе надо кардинально изменить концептуальную конструктивную и композиционную основу ракеты с несколькими ступенями. Надо создать воздушную стартовую платформу (ВСП) с ядерной силовой установкой (ЯСУ) — это может быть дрон в виде тора, снабжённый несколькими ТРД, который будет поднимать до 60-100 км орбитальный модуль-ракету (ОМР), он будет находиться внутри тора, и будет стартовать с этой высоты без всяких ступеней. Как вариант ВСП может быть сделан, как тор-дирижабль с насыщением горячим воздухом, который будет создаваться за счет ЯСУ. Естественно ВСП будет встречать ОМР на высоте 60-100 км для возврата на землю. ВСП будет многоразовый, что станет гораздо дешевле одноразовых ступеней. ВСП можно использовать, и как боевой воздушный комплекс с возможностью дежурить у границ наших «партнеров».
Покинуть можно с любой скоростью, если будет постоянно работать двигатель.Это всё скорости свободного полёта, когда отключены двигатели.
А это вообще двоечник написал «В 2013 году Вояджер-1, преодолев более 18 млрд километров и набрав скорость около 17 км/сек»
не набрав 17 км/с, а потеряв до 17 км/с. Потому что в 1990 году Вояджер чесал больше 25 км/с, но постепенно замедляется притяжением Солнца.
То есть есть шанс что вояджеры вообще никуда не улетят и солнце замедлит их скорость удаления до нуля и притянет обратно?
Источник
1) Какую скорость будет иметь спутник Луны,запущенный на высоту 2000 км над поверхностью Луны ? Масса луны 7,35:10²² кг, радиус Луны 1,74 · 10 (в 6
2) На какую высоту надо поднять искусственный спутник Земли , чтобы он двигался со скоростью 7,75 км/с? Мз=6·10 ( в 24 степени ), радиус = 6400 км
1)
ma=mv^2/(R+h)=mGM/(R+h)^2
mv^2/(R+h)=mGM/(R+h)^2
v^2=GM/(R+h)
v=корень(GM/(R+h)) = корень(6,67*10^(-11)*7,35*10^22/(1,74*10^6+2000000)) м/с = 1144,909
Другие вопросы из категории
Небольшого диаметра стеклянная трубка А с шариком Е на конце покружена открытым концом в сосуд с подкрашенной жидкостью.Нагриванием шарика Е часть воздуха выгоняется. Почему??С прекращением нагревания подкрашенная жидкость поднимается по трубке до С. Почему.
расстояние между килем судна и морским дном, упоминаемое выражение «7 футов под килем»
1) 22 м
2) 2,5 см
3) 2,2 м
4) 2,2 дм.
2. В каком состоянии находится вещество, если молекулы в нем ведут себя подобно пассажирам в переполненном автобусе?
1) в твердом
2) в плазменном
3) в жидком
4) в газообразном.
3. После очередной контрольной работы по физике лентяю Пете мешает провалиться сквозь землю:
1)сила тяжести
2) вес
3) сила всемирного тяготения
4) сила упругости.
4.Во флаконе объёмом 0,0006м в кубе находится волшебный элексир успешности. Если его разделить поровну 24 ученикам 7-го класса, то каждому ученику достанется:
1) 25 л
2) 24 мл
3) 40 мл
4) 25 мл.
5.Вес одного и того же тела на различных планетах
1)одинаков, если его тело покоится
2) различен, так как коэффициент g на разных планетах различен
3) различен, так как сила реакции опоры различна
4) различен, так как планеты имеют различные размеры.
6. Почему трудно долго пить, не отрываясь, сок из стеклянной бутылки, а из пакета значительно проще?
1) в пакете меньше консервантов
2) давление воздуха в бутылке снижается по мере уменьшения количества жидкости, и внешний воздух мешает жидкости выливаться. Гибкие стенки пакета сближаются, при этом происходит компенсация убыли давления.
3) бутылку труднее держать, так как она имеет большую массу
4) в бутылке, как правило, 0,5 л сока, а в пакете-1 л.
7. Масса 1 мл воды при температуре 4 градуса C:
1) меньше массы 1 см в кубе льда при температуре -1 градус C
2) равна массе 1 мл воды при температуре 1 градус C
3) равна массе 1 см в кубе льда при температуре -1 градус C
4) меньше массы 1 мл воды при температуре 1 градус C.
рассчитайте скорость движения искусственного спутника Земли, высота круговой орбиты которого над поверхностью Земли составляет 600 км. R земли = 6.400 км
Источник
С какой скоростью летают комонавты на орбите Земли? Влияние скорости тела на форму орбиты. Космические скорости
Наличие гравитационных сил было установлено Ньютоном в результате анализа законов движения планет, открытых Кеплером. В 1687 г. Ньютон на основе законов Кеплера, а также наблюдений за движением Луны установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения. Эту силу называют силой тяготения (или гравитационной силой). Силы, с которыми взаимно притягиваются тела по закону всемирного тяготения, являются центральными, т. е. они направлены вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих тел.
Закон всемирного тяготения определяет силу взаимодействия материальных тел. Она независима от первых трех законов Ньютона. Область ее применения – движение материальных тел под действием притяжения массивных космических тел, силы гравитационного притяжения в окрестности (в частности, на поверхности) массивных тел, в т.ч. Земли.
Вид траектории (форма орбиты), по которой движется тело под действием силы тяготения, зависит от его скорости. Выяснилось, что под действием взаимного тяготения тела могут двигаться друг относительно друга по эллипсу, параболе и гиперболе. Еще по прямой — если тело не будет иметь только радиально направленную скорость. В частности, при определенной скорости тело будет двигаться в поле тяготения другого тела по окружности.
Скорость, которую надо сообщить телу при запуске с какой-либо планеты, чтобы оно стало ее искусственным спутником и при этом двигалось по окружности, центр которой совпадает с центром данной планеты, называют первой космической. Для разных планет значения первой космической скорости различны. Определим первую космическую скорость для Земли.
На рисунке схематически изображено движение искусственного спутника (ИС) по круговой орбите на высоте h над поверхностью Земли ( R — радиус Земли, а v 1 — первая космическая скорость спутника).
Поскольку спутник движется равномерно по окружности радиуса r = R + h , его центростремительное ускорение, вызываемое силой тяготения Земли, составляет
g = 9,8 м/с² — ускорение свободного падения на поверхности Земли,,
R = 6 371 302 м – радиус Земли,
M = (5,9722 ± 0,0006) × 10²⁴ кг ) — масса Земли;,
G — 6,674 30(15)⋅10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻² — гравитационная постоянная.
Модуль силы тяготения
где m — масса спутника;
Согласно второму закону Ньютона, a = F / m , следовательно,
Из (1) и (3) находим, что
По формуле (4)определяют значение первой космической скорости по высоте h над поверхностью Земли. Определим значение первой космической скорости у поверхности Земли ( h = 0). Из (4) следует, что при h = 0
У поверхности Земли g = GM / r ². Подставив значения величин g и R найдем, что у поверхности Земли первая космическая скорость v 1 = 7,9 км/с. На высоте 300 км эта скорость будет чуть меньше и равна 7,7 км/с. Вот с этой скоростью и летают комонавты на орбите Земли.
Итак, тело, скорость которого равна 7,9 км/с и направлена горизонтально относительно поверхности Земли, становится искусственным спутником, движущимся по круговой орбите на небольшой высоте над Землей.
Скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно, преодолев притяжение планеты, превратилось в спутник Солнца, называют второй космической. Для Земли вторая космическая скорость v 2 = 11,2 км/ч.
При значении скорости, большем 7,9 км/с, но меньшем 11,2 км/с, орбита спутника Земли является эллиптической. Развив скорость 11,2 км/с, тело начнет двигаться по параболе (рис. 1) и больше не вернется к Земле.
При скорости относительно Земли, большей чем 11,2 км/с, тело движется по гиперболе. При определенном значении скорости тело может покинуть пределы солнечной системы.
Движение искусственных спутников Земли вокруг нее происходит под действием только одной силы — силы тяготения Земли. Эта сила сообщает самому спутнику и всем находящимся на нем телам (космонавтам, приборам и т.п.) одинаковое ускорение свободного падения. В таком случае тела не могут давить друг на друга или растягивать нити подвеса. Следовательно, все тела на спутниках находятся в состоянии невесомости.
Кроме первой и второй космических скоростей, существует еще одна скорость — тре́тья косми́ческая ско́рость. Это минимальная скорость, которую необходимо придать находящемуся вблизи поверхности Земли телу, чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение Земли и Солнца и покинуть пределы Солнечной системы. Для того, чтобы покинуть пределы Солнечной системы с орбиты Земли, ракета должна обладать определенной скоростью относительно Солнца, определяемой законом сохранения энергии:
Решение этого уравнения дает значение третьей космической скорости 46,9 км/с. При использовании наиболее эффективным способом скорости движения Земли по орбите вокруг Солнца и скорость собственного суточного вращения, эту скорость можно уменьшить до 16,7 км/с.
Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.
Если вам понравилась статья, то поставьте «лайк» и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!
Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите «Искать в . «, далее — «Yandex». Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите «перейти …». Все! О-ля-ля!
Источник