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是否有必要发射卫星以达到第一宇宙速度?带你了解卫星

牛顿曾经研究过一个人抛出的石头因重力而总是从初始方向落回地面的问题。所以他提出了一个加农炮的想法:在地球上的一座山上,设置一个水平加农炮以不同的速度射击弹丸。当射弹的速度相对较小时,射弹将在重力作用下偏离。原始运动方向落在附近的A点;如果射弹的速度增加,则射弹将以较高的初始速度进行屈服运动,在比B更远的B点下降;如果它继续增加射弹的出口速度弹壳将进一步飞行。

射弹射击的速度越大,射弹从山脚下落的距离越远。如果地面是飞机,即使枪以更高的速度发射并且飞行距离更远,炮弹最终也会落回地面。但是地球是圆的,所以炮弹可能不再落回地面并绕地球飞行。事实上,地球的引力矩指向地球的中心。在此力下,如果射弹的初始速度合适,则轨迹可以是圆形。此时,重力作为向心力,射弹围绕地球移动,形成均匀的圆周运动。将降落。这个初始速度是第一个宇宙的速度。

第一个宇宙的速度与卫星的速度和发射速度之间有什么关系?顾名思义,运行速度是卫星在轨道上的实际速度。从能量的角度来看,无论电阻的影响如何,在总能量恒定的条件下,高度越高,势能越大,动能越小。如果卫星围绕地球进行均匀的圆周运动,则轨道半径越大,其运行速度越小。近地卫星由于其最小的轨道半径而具有最大的速度。

发射速度指的是卫星发射之后,卫星与火箭分离时所达到的速度。那么不同卫星的发射速度又该如何比较呢?当卫星质量一定时,卫星的轨道半径越大,它所应该具有的机械能就应该越大,因此在发射这颗卫星的时候就必须要给它更大的速度才能达到应该有的高度。也就是卫星的轨道半径越大,它的发射速度就越大。近地卫星因为其轨道半径最小,所以其发射速度最小。

随着卫星轨道的半径变大,所需的发射速度变得更大,并且运行速度变得更小。这有什么问题?

事实证明,在卫星发射后,它继续上升,并且通过地球的引力,速度将降低。只有近地卫星,因为轨道近似在地球表面,发射速度大约等于运行速度。其他轨道卫星在发射后必须升高,并由地球的重力减速,因此最终的运行速度低于发射速度。因此,众所周知,近地卫星需要最小的发射速度,并且近似等于其运行速度。发射卫星所需的最低速度是由近地卫星的速度计算的。卫星在地球表面上进行均匀的圆周运动。重力充当向心力。这个速度可以一步解决。它等于7.9km/s。第一宇宙速度的价值。

总之,第一宇宙速度不同于操作速度和发射速度。第一宇宙速度是卫星的最小发射速度,也是卫星的最大运行速度。也就是说,卫星的发射速度必须达到第一宇宙的速度。至于天空,卫星可以以低于第一宇宙的速度运行并随高度减小。卫星上天发射速度必须超过第一宇宙速度,运行速度却可以小于第一宇宙速度

本文由空军指挥学院教授徐邦年科学控制。

发射卫星要达到第一宇宙速度吗?带你了解卫星那些事

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