Открыть главное меню

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 скоростьПравить

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 скоростьПравить

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 телПравить

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] 1,678 2,4[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]
Ближайший 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 скоростьПравить

КА, начальная скорость которого не меньше третьей космической скорости, в состоянии преодолеть притяжение Солнца и навсегда покинуть пределы Солнечной системы. Только на космических кораблях, которым доступны такие скорости, принципиально могут быть осуществлены пилотируемые межзвёздные перелёты к планетным системам других звёзд.

Четвёртая и пятая космическая скоростиПравить

Четвёртая космическая скорость используется довольно редко.

Ещё реже в некоторых источниках встречается понятие «пятая космическая скорость». Это скорость, позволяющая добраться до иной планеты звездной системы вне зависимости от разности плоскостей эклиптики планет. Например, для Солнечной системы и, конкретно, для Земли, чтобы орбита межпланетного перелета была перпендикулярной к земной орбите, нужна скорость запуска 43,6 километра в секунду[9]

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  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, 2007. — November (vol. 478). — P. 235—244. — DOI:10.1051/0004-6361:20078166. (недоступная ссылка)
  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
  9. Анатолий Шибанов. Заботы космического архитектора

ЛитератураПравить