Косми́ческие ско́рости (первая , вторая , третья и четвёртая Засов А. В., Сурдин В. Г. Космические скорости. ) — 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, далее КА) на поверхности небесного тела в отсутствие атмосферы, чтобы: — объект стал искусственным спутником центрального тела, то есть стал вращаться по круговой орбите вокруг него на нулевой или пренебрежимо малой высоте относительно поверхности; — объект преодолел гравитационное притяжение центрального тела и начал двигаться по параболической орбите, получив тем самым возможность удалиться на бесконечно большое расстояние от него; — объект покинул планетную систему, преодолев притяжение планеты и звезды; — 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 скорость
Квадрат круговой (первой космической) скорости с точностью до знака равен ньютоновскому потенциалу на поверхности небесного тела (при выборе нулевого потенциала на бесконечности):
где — масса небесного тела, — его радиус, — 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 скорость
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 , 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 тел Небесное тело Масса (по отношению к массе Земли) 1, км/с 2, км/с Энцелад 1,8×10−5 0,169 0,239 Церера 1,57×10−4 0,37 0,52 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 Белый карлик Сириус B ок 665 000 4 800 6 800 Нейтронная звезда PSR J0348+0432 ок. 670 000 143 000 ± 10 000Строго говоря, при расчёте должны учитываться релятивистские поправки, однако гораздо большую неточность вносит имеющая место на сегодняшний день неопределённость значения радиуса нейтронной звезды ~ 200 000
Третья космическая скорость
КА, начальная скорость которого не меньше третьей космической скорости, в состоянии преодолеть притяжение Солнца и навсегда покинуть пределы Солнечной системы.
Четвёртая космическая скорость
Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела, позволяющая преодолеть притяжение галактики в данной точке. Четвёртая космическая скорость используется довольно редко. Ни один искусственный объект пока не развивал такой скорости.
См. также Космический аппарат Звездолёт Орбитальная скорость
Примечания
Литература
Категория:Небесная механика Категория:Астродинамика Категория:Космические скорости