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多大的速度才能把衛星送入太空?

2018年09月18日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 2 ℃ 次

【徐慧敏的回答(29票)】:

首先辨析兩個概念:送入太空送入軌道.

國際航空聯合會定義在100公里的高度為卡門線,為現行大氣層和太空的界線定義。美國認定到達海拔80公里的人為宇航員,在航天器重返地球的過程中,120公里是空氣阻力開始發生作用的界線。

太空僅僅是一個高度概念,只要有一直向上的速度,總會到達太空的.

而送入軌道則不一樣,一個軌道至少要航天器能夠依靠慣性環繞地球運行.如果留心過火箭發射就會發現火箭起飛之後很快就要進行一個步驟--程序轉彎,它的目的在於維持火箭上升的同時增加火箭的切向速度,最終使得地球對航天器的引力全部提供向心力,或者說航天器的離心力和引力平衡.第一宇宙速度是物體僅僅依靠萬有引力圍繞地球表面做圓周運動的最小速度.

現在回答題主的問題:多大的速度才能把衛星送入太空?

題主說了是衛星,那麼就理解為要環繞地球運轉,即要把衛星送入軌道.

題主問道多大的速度,這就有很多的理解了:

1.給衛星一個初速度,最終衛星環繞地球.

除非地球沒有大氣,這時必須水平發射,並且大於第一宇宙速度就可以環繞.但是由於空氣阻力使速度不斷變小,衛星最終會砸到地面.

如果像發射炮彈一樣斜上發射衛星,不考慮阻力的情況下,衛星將無法進入環繞地球的軌道,因為環繞地球的橢圓軌道和地球大圓相交於一點(發射點),那麼必然會有對稱的另外一個交點(墜毀點).

但是如果衛星速度再快一點,進入雙曲軌道而非橢圓軌道,那麼就能逃出地球的引力範圍,進入繞日軌道,這個速度稱為第二宇宙速度,這個速度是11.2kmps.

2.按照通常的方法發射衛星,最終衛星環繞地球.

先引入一個概念,速度增量,由於航天器發射過程中不斷受到推力的作用,那麼把推力對航天器的作用用速度增量來量度

,這時候應該說:需要多少的速度增量才能環繞地球.

給定了天體和航天器高度和速度,便能確定唯一的一條軌道,需要的速度增量就和發射地的位置和目標軌道有關.

下圖是一個粗略的表,可以參考一下.

最後,速度增量是和物體的質量無關的,然而隨著運載質量的增大,火箭系統能提供的速度增量就越少,就要攜帶更多的燃料,換用更高比沖的發動機,改良火箭的設計,等等.最後,速度增量是和物體的質量無關的,然而隨著運載質量的增大,火箭系統能提供的速度增量就越少,就要攜帶更多的燃料,換用更高比沖的發動機,改良火箭的設計,等等.

【滿地小小的回答(50票)】:

只是送入太空的話,速度大於0即可。用氣球把照相機送入超高空就是這樣實現的,浮力大於重力,於是氣球帶著照相機往上走。越往上空氣越稀薄,什麼時候浮力等於重力了,氣球就沒法繼續上升了(如果在這之前氣球自己沒炸也沒被風刮跑的話)。但是不同於超高空,太空中幾乎沒有空氣,所以是不可能用這種方法把物體送入太空的。

速度和力是兩回事兒。理論上說只要動力大於阻力這東西就能往你想的任何方向走,速度可能很快也可能很慢,這取決於你的動力。

所以如果做一枚火箭,讓這個火箭的推力時時都比自身重力和空氣阻力的合力大一點點卻又不是很多,然後燃料又絕對充足,那火箭是肯定可以進入太空的。

但是以上所說的動力、阻力和速度,方向都是垂直的。

所謂第一宇宙速度,說的是水平速度。在這樣的速度下,重力充當了物體繞地球保持相對地面高度不變的勻速圓周運動的向心力,於是就算沒有額外升力物體也不會掉下來。

實際發射火箭時,可以直接垂直向上飛,也可以水平加速到大於第一宇宙速度慢慢逃逸,但沒有人這麼幹,因為不划算。所以大家都斜向上的一邊加速一邊爬升。

【唐鋒的回答(3票)】:

概念沒說清楚。送入太空指的是進入太空,就是進入地球大氣層之外。這樣只要上升的力大於重力就可以實現,加速度方向指向太空,速度可以很小。第一宇宙速度是指圍繞地球圓周運動需要的速度,第二是擺脫地球引力需要的速度,第三是擺脫太陽引力需要的速度,第四是進入外太空脫離銀河系需要的速度。

【俞景一的回答(1票)】:

至少達到第一宇宙速度。你說的少年是用氣球拍攝地球的,不是一回事。用這種方法無法進入太空

【孟德爾的回答(23票)】:

如果只是要求進入太空,大於0的任何速度都可以。

實際上,太空電梯就是這樣的原理,車廂可以用任意速度爬到太空去。

現在所有的商業太空旅遊,都是採用的「進入」概念,它們和彈道導彈一樣,進了太空很快就落地了。

人造地球衛星的關鍵不在於進入太空,而在於能夠留在太空,這是完全不同的兩件事。

第一宇宙速度說的是衛星停留在太空的最低速度,實際上速度為0上太空也沒任何問題,只不過之後會掉下來罷了。

【閆雨煌的回答(1票)】:

氣球升空是利用空氣浮力,用這種方法不能把物體送進真正意義上的「太空」。

如果不考慮大氣,將物體送上太空的速度就是第一宇宙速度,在這個速度下,物體可以貼近地面圍繞地球作圓周飛行,不與地面接觸,依靠萬有引力保證軌道穩定。實際情況中需要考慮空氣阻力,要把軌道提高到幾乎沒有大氣的高度,所需能量更多。

不知道題主「只是送入太空」是什麼意思,如果只是進入太空再落回地面,需要界定太空的高度,並且考慮空氣阻力,空氣阻力又跟物體的形狀和姿態有關,在這裡討論是沒有意義的。

【WangXu的回答(2票)】:

就想說一句吐槽 @孟德爾 離心力的都是高中生嗎?沒聽說過慣性力嗎?

工程學問題裡都是直接把慣性力等效成實際力,本質上沒任何區別的東西,糾字眼的純粹是書獃子學傻了。

何況根據愛因斯坦的等效原理,慣性力就是一種真實力,萬有引力也可以看作慣性力:

早在馬赫原理中就曾指出過:慣性力裡無數遙遠天體對一個物體的引力作用。在加速運的參考系中所感覺到的慣性力,是由於物體抗拒它相對於宇宙中其它物體產生加速度而引起的,本質上是一種力。愛因斯坦從馬赫原理得到啟發,他在廣義相對論中把引力同慣性力一樣都歸因於空間的物理性質。引力由質量所引起,如果引力是和空間的性質相聯繫的,那麼這些空間性質就必須是由質裡所引起或受其影響的。 非慣性系中的慣性力必定是由全體恆星相對於這參考系的加速運動所引起。這樣,馬赫企圖把一切慣性力歸結為引力,而愛因斯坦在某種意義上是把引力歸結為慣性力。

綜上所述,慣性力不僅具有力的量綱,可以觀察和測量出它的效應,而且在本質上與引力沒有區別,是物質與場的一種相互作用符合力的定義因此,是真實力。

引文參見:愛因斯坦等效原理與慣性力

好多爭論完全沒意義,無非就是進太空玩玩和停在軌道的區別。

另外第一宇宙速度是貼著地面飛,完全沒進太空啊各位……

順便第一宇宙速度又稱環繞速度,記住這個名字就沒錯了 ╮(╯_╰)╭

【木木的回答(1票)】:

看不下去了。其實ash J說得很對了,我從另一個方面回答吧。我們回顧下第一宇宙速度的定義和推到,對!我就是要推到你。

第一宇宙速度(又稱環繞速度):是指物體緊貼地球表面作圓周運動的速度(也是人造地球衛星的最小發射速度,也是最大繞行速度)。大小為7.91km/s ——計算方法是v=√(gR) (g是重力加速度,R是星球半徑)

以上懶得打字了,摘自百度百科

那麼我們再看下公式mv^2/r=mg,式子左邊mv^2/r是物體為了保持圓周運動所需要的向心力,右邊mg是重力,二者相等,物體就可以安穩的繞著地球圓周運動了,將公式簡化後我們得到了上面百科裡的v=√(gr)。這時候的速度就是第一宇宙速度。在沒有勢能改變情況下,我們可以認為初始速度達到第一宇宙速度時就算脫離地球了。

但是!注意但是哈,如果一直有勢能轉換,比如燃料夠你用,我保持1/m都可以飛啊,一直飛一直飛,當飛到用1/m的高度也能保持平衡地球引力時也Ok啊。

還有第二宇宙速度,其實也是在不考慮外界能量轉化情況下,所需最小的初始的飛離地球引力的速度。

回答完畢。所以結論是只要你燃料夠,隨便你啥速度都能飛到太空裡。

手機打字排班不好,見諒!

【趙辰的回答(0票)】:

第一宇宙速度

第二宇宙速度

第三宇宙速度

【吳孟林的回答(0票)】:

為什麼我第一時間就想起了第一宇宙速度

【知乎用戶的回答(0票)】:

送入太空只要在垂直方向動力≥重力就行了。如果緩慢勻速升空,當物體高度到達地球同步軌道時就可以維持在太空了(角速度不變,線速度隨半徑增加而增加),撤掉動力後,如果低於這個高度會掉下去,高於這個高度會脫離地球。對速度(這個速度其實是相對於地面的速度)沒有任何要求,只要不為0就行。

【溫文的回答(0票)】:

脫離地球要第一宇宙速度,脫離太陽,第二宇宙速度,脫離銀河第三宇宙速度

【知乎用戶的回答(0票)】:

參考系呢?大物沒學好我只記得高中物理第一節課的東西了,不談參考系真的大丈夫?

【lonelycorn的回答(0票)】:

離開參照系談論速度死很不負責的行為。

無動力和有動力升空也是完全不同的問題。

【羅拉Lolet的回答(0票)】:

說速度大於零就可以的答友,沒事兒跑兩步?

【劉long的回答(0票)】:

小兄弟 沒學過高中物理麼? 宇宙速度

第一宇宙速度

第一宇宙速度(又稱環繞速度):是指物體緊貼地球表面作圓周運動的速度(也是人造地球衛星的最小發射速度,也是最大繞行速度)。大小為7.91km/s ——計算方法是v=√(gR) (g是重力加速度,R是星球半徑)

第二宇宙速度

第二宇宙速度(又稱脫離速度):是指物體完全擺脫地球引力束縛,飛離地球的所需要的最小初始速度。大小為11.18km/s。

第三宇宙速度

第三宇宙速度(又稱逃逸速度):是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系所需的最小初始速度。其大小為16.63km/s。

環繞速度和逃逸速度也可應用於其他天體。例如計算火星的環繞速度和逃逸速度,只需要把公式中的M,R,g換成火星的質量、半徑、表面重力加速度即可。

第四宇宙速度

所謂第四宇宙速度,指在是地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛,飛出銀河系所需最小初始速度,大約為110-120km/s,指在銀河內絕大部分地方所需要的航行速度。如充分利用太陽系圍繞銀心的轉速,最低航行速度可為82km/s。由於人類對銀河系所知甚少,銀河系的質量以及半徑等無法取值,這個數字還需要很久才能形成公論。

第五宇宙速度

第五宇宙速度指航天器從地球發射,飛出該星系群最小速度,因為本星系群的半徑、質量均未有足夠精確數據,因而無法準確得知數據大小。科學家估計該星系群尺度大概有500--1000萬光年,照這樣算,需要1500--2250km/s的速度才能飛離,但這個速度以人類科學發展水平,至少需要幾百年才能達到,所以只是一個幻想。

【知乎用戶的回答(0票)】:

考慮如下:

將物體送入太空和速度沒有關係,就像即走的慢只要一直走也能走很遠一樣。

實際上應該考慮的是要做多少功

標籤:-物理學 -天體物理學 -天文學 -航天 -太空


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