Космические скорости

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.

Первая космическая скорость V_c - это минимальная начальная скорость, при достижении которой космический объект может стать искусственным спутником центрального тела. Она зависит от расстояния r до центра притяжения и определяется по формуле V_c = √μ/r, где μ = GM - так называемый гравитационный параметр, G - универсальная гравитационная постоянная, М - масса центрального тела. Для Земли μ_Е = 398 603 км³/с². На поверхности Земли V_c = 7,9 км/с. Однако в реальности объект может стать спутником Земли лишь при условии, что высота его апогея в момент выхода на орбиту превышает 160 км. В противном случае аэродинамическое сопротивление воздуха слишком велико и ИСЗ сгорает в плотных слоях земной атмосферы. Для указанной высоты V_c составляет около 7,8 км/с. Это минимальная скорость, необходимая для того, чтобы космический объект стал спутником Земли. В астрономии и небесной механике V_c называется также круговой скоростью, т.к. с этой скоростью происходит движение по круговой орбите в рамках задачи Кеплера (о движении двух тел, взаимодействующих согласно всемирного тяготения закону). Если скорость КА в момент вывода на орбиту превышает круговую, его орбитой будет эллипс с фокусом в центре притяжения.

Второй космической скоростью V_p называется минимальная начальная скорость космического объекта, необходимая для преодоления им силы притяжения центрального тела. Величина V_p зависит от расстояния r до центра притяжения и определяется формулой V_p=√2μ/r=√2V_c. Квадрат второй космической скорости вдвое больше квадрата первой космической скорости. На поверхности Земли приближённое значение V_p равно 11,2 км/с. В астрономии и небесной механике V_p называют также параболической скоростью, так как при такой начальной скорости относительная орбита КА будет иметь форму параболы 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 звёздных скоплений, скоплений и сверхскоплений галактик V_p называют также скоростью освобождения, скоростью убегания и скоростью ускользания. Относительные скорости КА, меньшие параболической, называются эллиптическими, а большие параболической - гиперболическими. Движение с такими начальными скоростями в рамках задачи Кеплера происходит соответственно по эллиптическим или гиперболическим орбитам.

Третья космическая скорость определяется из следующего условия: на границе сферы земного притяжения (на расстоянии около 930 тысяч 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 Солнечной системы. 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 космонавтике 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.

Лит.: Справочное руководство по небесной механике и астродинамике / Под редакцией Г. Н. Дубошина. 2-е изд. М., 1976; Рябов Ю. А. Движение небесных тел. 4-е изд. М., 1988.