Mikä tahansa esine, joka heitetään ylös, päätyy ennemmin tai myöhemmin maan pinnalle, oli se sitten kivi, paperilappu tai yksinkertainen höyhen. Samaan aikaan puoli vuosisataa sitten avaruuteen lähetetty satelliitti, avaruusasema tai Kuu jatkavat pyörimistä kiertoradoillaan, ikään kuin planeettamme painovoima ei vaikuttaisi niihin ollenkaan. Miksi tämä tapahtuu? Miksi Kuu ei uhkaa pudota maan päälle, eikä maa liiku kohti aurinkoa? Eikö painovoima vaikuta niihin?
Koulun fysiikan kurssilla tiedämme, että universaali gravitaatio vaikuttaa kaikkiin aineellisiin kappaleisiin. Silloin olisi loogista olettaa, että on olemassa tietty voima, joka neutraloi painovoiman vaikutuksen. Tätä voimaa kutsutaan keskipakovoimaksi. Sen toiminta on helppo tuntea sitomalla pieni kuorma langan toiseen päähän ja pyörittämällä sitä kehän ympäri. Tässä tapauksessa mitä suurempi pyörimisnopeus on, sitä vahvempi on langan kireys jamitä hitaammin pyöritämme kuormaa, sitä todennäköisemmin se putoaa.
Olemme siis hyvin lähellä "kosmisen nopeuden" käsitettä. Lyhyesti sanottuna sitä voidaan kuvata nopeudeksi, jonka avulla mikä tahansa esine voi voittaa taivaankappaleen painovoiman. Planeetta, sen satelliitti, aurinkokunta tai muu järjestelmä voi toimia taivaankappaleena. Jokaisella kiertoradalla liikkuvalla esineellä on avaruusnopeus. Muuten, avaruusobjektin kiertoradan koko ja muoto riippuvat sen nopeuden suuruudesta ja suunnasta, jonka tämä kohde vastaanotti, kun moottorit sammutettiin, ja korkeudesta, jolla tämä tapahtuma tapahtui.
Avaruusnopeus on neljää erilaista. Pienin niistä on ensimmäinen. Tämä on pienin nopeus, joka avaruusaluksella on oltava, jotta se pääsee ympyräradalle. Sen arvo voidaan määrittää seuraavalla kaavalla:
V1=√µ/r, missä
µ - geosentrinen gravitaatiovakio (µ=39860310(9) m3/s2);
r on etäisyys laukaisupisteestä Maan keskustaan.
Koska planeettamme muoto ei ole täydellinen pallo (napojen kohdalla se on hieman litistynyt), etäisyys keskustasta pintaan on suurin päiväntasaajalla - 6378.1 • 10(3) m, ja vähiten navoissa - 6356,8 • 10(3) m. Jos otamme keskiarvon - 6371 • 10(3) m, niin saadaan V1 7,91 km/s.
Mitä enemmän kosminen nopeus ylittää tämän arvon, sitä pidemmäksi kiertorata tulee ja siirtyy pois maasta kaikillesuurempi etäisyys. Jossain vaiheessa tämä kiertorata murtuu, muuttuu paraabeliksi ja avaruusalus menee surffaamaan avaruuteen. Poistuakseen planeet alta aluksella on oltava toinen avaruusnopeus. Se voidaan laskea kaavalla V2=√2µ/r. Planeetallamme tämä arvo on 11,2 km/s.
Astronomit ovat pitkään määrittäneet, mikä kosminen nopeus, sekä ensimmäinen että toinen, on yhtä suuri jokaiselle alkuperäisen järjestelmämme planeetalle. Ne on helppo laskea yllä olevilla kaavoilla, jos korvaamme vakion µ tulolla fM, jossa M on kiinnostavan taivaankappaleen massa ja f on gravitaatiovakio (f=6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
Kolmas kosminen nopeus antaa minkä tahansa avaruusaluksen voittaa Auringon painovoiman ja poistua alkuperäisestä aurinkokunnasta. Jos lasket sen suhteessa aurinkoon, saat arvon 42,1 km / s. Ja päästäksesi lähellä aurinkoa olevalle kiertoradalle Maasta, sinun on kiihdytettävä nopeuteen 16,6 km/s.
Ja lopuksi neljäs kosminen nopeus. Sen avulla voit voittaa itse galaksin vetovoiman. Sen arvo vaihtelee galaksin koordinaattien mukaan. Linnunradallamme tämä arvo on noin 550 km/s (kun lasketaan suhteessa aurinkoon).