三大宇宙速度详细资料大全

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从研究两个质点在万有引力作用下的运动规律出发，人们通常把太空飞行器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小发射速度，分别称为第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

第一、二、三宇宙速度分别为

7.9km/s ，11.2km/s ，16.7km/s

基本介绍中文名：三大宇宙速度外文名：co *** ic speed limit 套用学科：物理适用领域范围：航天学定义,第一宇宙速度,v1计算,第二宇宙速度,v2计算,第三宇宙速度,v3计算,三大宇宙速度与人造卫星的发射, 定义从研究两个质点在万有引力作用下的运动规律出发，人们通常把太空飞行器达到 环绕地球 、 脱离地球 和 飞出太阳系 所需要的最小发射速度，分别称为第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。第一宇宙速度太空飞行器沿地球表面作圆周运动时必须具备的发射速度，也叫环绕速度，以下记为v 1 。按照力学理论可以计算出v 1 =7.9公里/秒。但在精确计算中，太空飞行器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地球对太空飞行器引力比在地面时要略小，故其速度也略小于v 1 。 v1计算记第一宇宙速度为v 1 ，设地球质量为M，卫星质量为m，地球半径为R，万有引力常数G，地球表面重力加速度g。在以地球为半径的轨道上运行的速度，万有引力=向心力。其中，由于近地，万有引力也可以表示为mg，即得其中，取；得第二宇宙速度当太空飞行器超过第一宇宙速度v 1 达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度，亦称脱离速度。所谓摆脱地球束缚，就是几乎不受地球引力影响，这与处于离地球无穷远点的位置得情况等价。这里要注意，由于月球还未超出地球引力的范围，故从地面发射探月太空飞行器，不需要达到第二宇宙速度v 2 ，实际上其初始速度不小于10.848 km/s 即可。 v2计算记第二宇宙速度为v 2 ，设地球质量为M，卫星质量为m，地球半径为R，万有引力常数G，地球表面重力加速度g。发射后全部动能转化为引力势能使卫星跑到离地球无穷远处（机械能守恒）。而即故第三宇宙速度从地球表面发射太空飞行器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度，就叫做第三宇宙速度。亦称逃逸速度。按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒。需要注意的是，这是选择太空飞行器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值；如果方向不一致，所需速度就要大于16.7公里/秒了。可以说，太空飞行器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的唯一要素，目前只有火箭才能突破该宇宙速度。 v3计算能脱离太阳的引力到达无穷远处的最小速度。这样只需把第二宇宙速度方程中地球的质量换成太阳的质量，地球半径换成地球公转轨道半径就行了。但不同的是，解出速度后，还要再减去地球的公转速度才是最终的第三宇宙速度；因为地球的公转已经提供了一定的动能了，况且发射速度都是相对于地球来说的。以离太阳表面无穷远处为0势能参考面，则有（不考虑地球引力）（ v RE 为人造天体对太阳的速度， m 为人造天体的质量， R 为平均日地距离， M 为太阳质量）解得。由 v 地球绕太阳 =29.8km/s 知 v ’=42.2-29.8=12.4km/s 设 R '为地球半径， M '为地球质量又由于发射时必须克服地球引力做功，故由机械能守恒定律有 1/2 mv 1 - GM ' m / R ‘=1/2 mv ’ 1 ∵ GM ' m / R '=1/2 mv 2 1 （ v 2 为第二宇宙速度） ∴1/2 mv 1 -1/2 mv 2 1 =1/2 mv ’ 1 解得 v =（v 2 1 +v' 1 ） 1/2 =16.7km/s 三大宇宙速度与人造卫星的发射当发射速度V与宇宙速度分别有如下关系是，被发射物体的情况将有所不同：第一种情况，当v<v1时，被发射物体最终仍将落回地面；第二种情况，当v1≤v<v2时，被发射物体将环绕地球运动，成为地球卫星；第三种情况，当v2≤v<v3时，被发射物体将脱离地球束缚，成为环绕太阳运动的“人造行星”；第四种情况，当v≥v3时，被发射物体将从太阳系中逃逸。由此可见，三个宇宙速度均是发射卫星过程中的不同临界状态。

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