Характеристики орбитального движения

Космические скорости

Косми́ческие ско́рости, характерные критические скорости движения космических объектов в небесных тел и их систем. Космические скорости используются для характеристики типа движения (КА) в сфере действия небесных тел: , и , других и их естественных , а также и .

Первая космическая скорость VcV_c – это минимальная начальная скорость, при достижении которой космический объект может стать искусственным спутником центрального тела. Она зависит от расстояния rr до центра притяжения и определяется по формуле Vc=μ/rV_c=\sqrt{\mu/r}, где μ=GM\mu=GM – т. н. гравитационный параметр, GG – универсальная гравитационная постоянная, MM – масса центрального тела. Для Земли μЕ=398603 км3/с2\mu_Е=398603\ км^3/с^2. На поверхности Земли Vc=7, ⁣9 км/сV_c=7,\!9\ км/с. Однако в реальности объект может стать спутником Земли лишь при условии, что высота его в момент выхода на превышает 160 км. В противном случае аэродинамическое сопротивление воздуха слишком велико и спутник сгорает в плотных слоях земной атмосферы. Для указанной высоты VcV_c составляет около 7,8 км/с. Это минимальная скорость, необходимая для того, чтобы космический объект стал спутником Земли. В и VcV_c называется также круговой скоростью, т. к. с этой скоростью происходит движение по круговой орбите в рамках задачи Кеплера (о , взаимодействующих согласно ). Если скорость КА в момент вывода на орбиту превышает круговую, его орбитой будет с фокусом в центре притяжения.

Второй космической скоростью VpV_p называется минимальная начальная скорость космического объекта, необходимая для преодоления им силы притяжения центрального тела. Величина VpV_p зависит от расстояния rr до центра притяжения и определяется формулой Vp=μ/r=2VcV_p=\sqrt{\mu/r}=\sqrt2\,V_c. Квадрат второй космической скорости вдвое больше квадрата первой космической скорости. На поверхности Земли приближённое значение VpV_p равно 11,2 км/с. В астрономии и небесной механике VpV_p называют также параболической скоростью, т. к. при такой начальной скорости относительная орбита КА будет иметь форму с фокусом в центре притяжения. Соответственно, КА, движущийся по этой орбите, может удалиться на бесконечно большое расстояние от центрального тела. Применительно к движению отдельных объектов в составе , и галактик VpV_p называют также скоростью освобождения, скоростью убегания и скоростью ускользания. Относительные скорости КА, меньшие параболической, называются эллиптическими, а бóльшие параболической – гиперболическими. Движение с такими начальными скоростями в рамках задачи Кеплера происходит соответственно по эллиптическим или орбитам.

Третья космическая скорость определяется из следующего условия: на границе сферы земного притяжения (на расстоянии около 930 тыс. км от Земли) скорость космического объекта в момент выхода на орбиту равняется параболической скорости относительно Солнца. Для этого при запуске с высоты 200 км над поверхностью Земли скорость КА должна составлять около 16,6 км/с. КА, начальная скорость которого не меньше третьей космической скорости, в состоянии преодолеть притяжение Солнца и навсегда покинуть пределы . Только на космических кораблях, которым доступны такие скорости, принципиально могут быть осуществлены пилотируемые межзвёздные перелёты к планетным системам других звёзд.

Космические скорости могут быть рассчитаны для любого удаления от центра Земли. В часто используются величины, рассчитанные для поверхности шаровой однородной модели Земли радиусом 6371 км. В этом случае каждая космическая скорость имеет единственное значение: первая космическая скорость равна 7,910 км/с, вторая – 11,186 км/с, третья – 16,67 км/с.

  • Движение небесных тел
  • Движение космических аппаратов
  • Физические характеристики небесных объектов