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第三宇宙速度

胜于蓝2023-02-21【科技杂谈】人已围观

简介第三宇宙速度（Third Cosmic Velocity）是指从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时，无需后续加速就可以摆脱太阳引力的束缚，脱离太阳系进入更广袤的宇宙空间。这个从地球

第三宇宙速度（Third Cosmic Velocity）是指从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时，无需后续加速就可以摆脱太阳引力的束缚，脱离太阳系进入更广袤的宇宙空间。这个从地球起飞脱离太阳系的最低飞行初速度就是第三宇宙速度。

简介

若要使在地球表面的物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，则必须使它的初速度大于或等于16.7km/s，即第三宇宙速度。需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度切线方向一致时计算出的v₃值；如果方向不一致，所需速度就要大于16.7㎞/s了。可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的唯一要素，现如今火箭可以突破该宇宙速度。

宇宙速度

宇宙速度是指物体达到11.2千米/秒（第二宇宙速度）的运动速度时能摆脱地球引力束缚的一种速度。在太阳系中，飞行器要想逃逸太阳的引力，速度应该是地球运动方向上再加16.9公里每秒，即33+17=50公里每秒的速度。摆脱地球束缚的过程中，在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。
人类的航天活动，并不是一味地要逃离地球。特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。我们知道，必须始终有一个与向心力大小相等，方向相反的力作用在航天器上。在这里，我们正好可以利用地球的引力。因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。经过计算，在地面上，物体的运动速度达到7.9千米/秒（环绕速度）时，地球对它的引力完全表现为向心力。这个速度被称为环绕速度。
上述使物体绕地球作圆周运动的速度被称为第一宇宙速度；摆脱地球引力束缚，飞离地球的速度叫第二宇宙速度。而摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系的速度叫第三宇宙速度。根据万有引力定律，两个物体之间引力的大小与它们的距离平方成反比。因此，物体离地球中心的距离不同，其环绕速度（第一宇宙速度）和脱离速度（第二宇宙速度）有不同的数值。

计算方式

计算方式：

（G——引力常数，M——被环绕天体质量，m——环绕物体质量，r——环绕半径，v——速度），得出

，月球半径约1738公里，是地球的3/11。质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81。
第三宇宙速度
月球的第一宇宙速度约是1.68km/s。

再根据：（a是人造天体运动轨道的长半轴长。a→∞），得第二宇宙速度v₂=2.38km/s。
一般地，第二宇宙速度v₂等于第一宇宙速度v₁乘以

第三宇宙速度v₃：
以地球打比方，绕太阳运动的平均线速度为29.8km/s。在地球轨道上，要使人造天体脱离太阳引力场的逃逸速度为42.1km/s。当它与地球的运动方向一致的时候，能够充分利用地球的运动速度，在这种情况下，人造天体在脱离地球引力场后本身所需要的速度仅为两者之差v₀=12.3km/s。设在地球表面发射速度为v₃，分别列出两个活力公式并且联立：

（d是地球引力的作用范围半径）。由于d<<r，因此和2/r这一项比起来的话可以忽略2/d这一项，由此就可以计算出v₃=16.7km/s，也就是第三宇宙速度。

数理推算

第三宇宙速度v₃=16.7km/s。推导方法如下：
以离太阳表面无穷远处为0势能参考面，则有（不考虑地球引力）

（v_RE为人造天体对太阳的速度，m为人造天体的质量，R为平均日地距离，M为太阳质量）
解得

。
由v_{地球绕太阳}=29.8km/s
知v’=42.2-29.8=12.4km/s
设R'为地球半径，M'为地球质量
又由于发射时必须克服地球引力做功，故由机械能守恒定律有
1/2mv²-GM'm/R‘=1/2mv’²
∵GM'm/R'=1/2mv₂²（v₂为第二宇宙速度）
∴1/2mv²-1/2mv2²=1/2mv’²
解得v=（v₂²+v'²）^1/2=16.7km/s