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第二宇宙速度

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 第二宇宙速度

Second cosmic Velocity 人造天体脱离地球引力束缚所需的最小速度。若不计空气阻力,它的数值大小为
第二宇宙速度

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概念编辑本段回目录

 第二宇宙速度
第二宇宙速度--当物体(航天器)飞行速度达到11.2千米/秒时,就可以摆脱地球引力的束缚,飞离地球进入环绕太阳运行的轨道,不再绕地球运行。这个脱离地球引力的最小速度就是第二宇宙速度。各种行星探测器的起始飞行速度都高于第二宇宙速度。

 第二宇宙速度(V2) 当航天器超过第一宇宙速度V1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,亦称逃逸速度。按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒。由于月球还未超出地球引力的范围,故从地面发射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可。

推导过程编辑本段回目录

 假设在地球上将一颗质量为m的卫星发射到绕太阳运动的轨道需要的最小发射速度为V;

 第二宇宙速度

      
此时卫星绕太阳运动可认为是不受地球引力,距离地球无穷远;
      
认为无穷远处是引力势能0势面,并且发射速度是最小速度,则卫星刚好可以到达无穷远处。
      
由动能定理得
      
1/2*mV^2-GMm/r=0;
      
解得V=√(2GM/r)
      
这个值正好是第一宇宙速度的√2倍。   

科学运用编辑本段回目录

人类要发射人造地球卫星或发射完成星际航行的飞行器,就要摆脱地球强大的引力,那如何离开地球呢,这就要使运载飞行器或人造地球卫星的航天飞机或运载火箭的速度要达到宇宙速度,那什么是宇宙速度呢,它有几类,以下加以说明:

所谓宇宙速度就是从地球表面发射飞行器,飞行器环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度,分别称为第一、第二、第三宇宙速度。早期,人们在探索航天途径时,为了估计克服地球引力、太阳引力所需的最小能量,引入了三个宇宙速度的概念。假设地球是一个圆环,周围也没有大气,物体能环绕地球运动的最低的轨道就是半径与地球半径相同的圆轨道。这时物体具有的速度是第一宇宙速度,大约为7.9公里/秒。物体在获得这一水平方向的速度以后,不需要再加动力就可以环绕地球运动。

 第二宇宙速度

地球上的物体要脱离地球引力成为环绕太阳运动的人造行星,需要的最小速度是第二宇宙速度。第二宇宙速度为11.2公里/秒,是第一宇宙速度的2倍。地面物体获得这样的速度即能沿一条抛物线轨道脱离地球。地球上物体飞出太阳系相对地心最小速度称为第三宇宙速度,它的大小为16.6公里/秒。地面上的物体在充分利用地球公转速度情况下再获得这一速度后可沿双曲线轨道飞离地球。当它到达距地心93万公里处,便被认为已经脱离地球引力,以后就在太阳引力作用下运动。这个物体相对太阳的轨道是一条抛物线,最后会脱离太阳引力场飞出太阳系。一些特殊的轨道速度,如环绕速度、逃逸速度,有时也被分别称为第一、第二宇宙速度。

那如何才能使运载火箭或航天飞机达到宇宙速度呢,理论和实践证明,火箭飞行速度决定于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比。发动机的喷气速度越高,火箭飞行的速度越高;火箭的质量比越大,火箭飞行能达到的速度越高。  火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机相关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量,即净重)之比。因此,质量比大,就意味着火箭的结构质量小,所携带的推进剂多。火箭可分为单级和多级,多级火箭又可分为串连、并连、串并连相结合,一般来说,火箭级数越多它的动能越大,但是理论计算和实践经验表明,每增加1份有效载荷,火箭需要增加10份以上的质量来承受,随着火箭级数的增加,使最下面的一级和随后的几级变得越来越宠大,以致于无法起飞。多级火箭一般不超过4级。

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