Космическая скорость

Косми́ческие ско́рости (первая v1, вторая v2, третья v3 и четвёртая v4) — 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.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Механика орбитального движения во многом непривычна для неспециалистов. На орбите, чтобы увеличить скорость движения, надо тормозить, а чтобы ее уменьшить, – разгоняться! Проиллюстрируем это на примере выведения спутников на геостационарную орбиту. Эта околоземная орбита, лежащая в плоскости экватора, с периодом обращения 23 часа 56 минут, очень удобна для спутников связи, потому что спутник на ней все время находится над одной точкой Земли и наземную антенну на него можно навести один раз и больше не двигать. Геостационарная орбита имеет высоту 35 786 км над поверхностью Земли, и спутник на ней движется со скоростью 3,07 км/с. При выведении ракета-носитель сначала доставляет спутник на низкую околоземную орбиту, проходящую примерно в 200 км над поверхностью Земли. Скорость на ней равна первой космической скорости, около 8 км/с. Затем спутник включает двигатель и разгоняется еще на 2 км/с, после чего оказывается на так называемой геопереходной орбите. Это эллиптическая орбита с большим эксцентриситетом, которая в нижней точке касается низкой околоземной, а в верхней – геостационарной орбиты. По второму закону Кеплера скорость спутника в верхней точке оказывается намного ниже, чем в нижней, – около 1,7 км/с. Совершив полоборота по геопереходной орбите, в верхней точке спутник включает двигатель во второй раз и разгоняется еще примерно на 1,3 км/с. При этом он оказывается на геостационарной орбите. Несмотря на два разгона, его скорость упала с 8 до 3,07 км/с. Кинетическая энергия летящего спутника при этом не исчезла бесследно, а перешла в потенциальную – он поднялся намного выше над Землей.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Это конечно же первая космическая скорость, то есть скорость, с которой нужно бросить шар, чтобы он стал искусственным спутником Земли. Впервые это удалось сделать в России в 1957 году, а в Италии 17-ого века слов таких не знали и величину скорости назвали бы астрономической. Она была скорее астрофизической. Но астрофизику Галилею мысленный шар, летящий на постоянном расстоянии от поверхности Земли, конечно, напомнил бы Луну.

Геннадий Горелик, Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации, 2013

В любом случае, путешествие на огромные расстояния, на преодоление которых даже скорости света требуется значительное время, не могло бы быть осуществлено даже с помощью изобретения нового сверхмощного топлива. Однако человечество так давно жаждало таких путешествий, что можно говорить даже о мечте о новом рае, который затерялся где-то на задворках Вселенной, но который хотят найти и обрести. В XX веке концепция относительности стала успешно развиваться. В 1935 г. появилась теория А. Эйнштейна и математика Н. Розена под названием «мост Эйнштейна-Розена», в соответствии с которой перемещение во Вселенной возможно при помощи нор, соединяющих различные точки трехмерного мира по более короткому пути в четвертом измерении. С 1989 г. в научных изданиях вновь стали активно появляться теоретические статьи о путешествиях во времени с помощью «червоточин» и черных дыр. Черные дыры – это области пространства, в которых гравитационное притяжение настолько велико, что ни вещество, ни излучение не могут их покинуть. Черная дыра отделена от остального пространства «горизонтом событий» – поверхностью, на которой космическая скорость равна скорости света. Поскольку в природе ничто не может двигаться с большей скоростью, никакой носитель информации не может выйти из-под горизонта событий. Поэтому внутренняя часть черной дыры причинно не связана с остальной Вселенной; происходящие «под поверхностью» черной дыры физические процессы не могут влиять на процессы вне ее. В то же время, вещество и излучение, падающее снаружи на черную дыру, может свободно проникать через горизонт событий.

Е. В. Морозов, Эволюция сознания. Современная наука и древние учения, 2013

Ученик старших классов должен знать, что вторая космическая скорость vII – это скорость, которой необходимо обладать предмету, чтобы улететь с поверхности небесного тела, скажем планеты, на бесконечность. Она определяется из того, что кинетическая энергия предмета должна равняться разности его потенциальных энергий на бесконечности и на поверхности тела:

Эмиль Ахмедов, О рождении и смерти черных дыр, 2015

Правда, изготовив зеркало из легчайшего металла – лития, при толщине 0,1 мм, мы имели бы на квадратный метр его массу только в 50 г. Срок накопления космической скорости для такого зеркала (но не для увлекаемого им аппарата!) сокращается в 20 раз. Практически это, однако, не меняет дела: ясно, что при подобных темпах изменения скорости маневрирование космическим кораблем невозможно. К тому же не надо упускать из виду, что световое давление должно двигать, кроме зеркала, также и весь соединенный с ним аппарат, пассажиров и груз.

Яков Перельман, Увлекательно о космосе. Межпланетные путешествия

Когда произойдет столкновение? Даже с космическими скоростями процесс сближения двух галактик не будет быстрым. Но только одна деталь, и сразу становится понятно – опасность уже более чем реальна: чужая Галактика настолько приблизилась к нам, что мы ее можем увидеть, и без всякого телескопа!

Игорь Прокопенко, Тайны Земли, 2016

Меньше, потому что головная часть ракеты 8К69 летела бы по орбите быстрее баллистической. С первой космической скоростью!

Станислав Аверков, Как я обстрелял Соединенные Штаты Америки, 2015

1977 Первые космические аппараты, развившие третью космическую скорость («Пионер-10» и «Пионер-11», запущенные в 1973 и 1974 годах: «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные в 1977 году)

Карл Саган, Голубая точка. Космическое будущее человечества, 1994

Станция не выдержала первого удара, разрезанная почти пополам невероятно тонким «лезвием»: по ней прошлась как раз самая тонкая часть мчавшегося с космической скоростью стержня, свободная от утолщений льда и пыли. Обе половинки станции миновали «лезвие», но далеко не улетели, задержанные и увлечённые вслед за продолжавшим полёт «лезвием» силой гравитации. Вскоре они догнали стержень-струну, столкнулись с ней, и ещё не один раз, прежде чем успокоиться в глубине огромного снежно-ледяного кома – остатков разбившегося планетоида.

Василий Головачёв, На струне, 2018