Бұл сайттағы кейбір тілдер машиналық аударылған және қателер болуы мүмкін. Оны жақсартуға көмектесу Ағылшын тілінде
  1. Оқыту
  2. Навигатор
Навигатор · Модуль 5

Escape velocity

How fast do you need to go to leave a world for good? And why rockets do not actually need to reach it at the surface.

12 мин

NASA/JPL/Space Science Institute

Бұл сабақ Local Solar System Foundation тобының мүшесімен жазылған және білікті тексеруші арқылы жақсартылуы мүмкін. Сіз осы тақырып бойынша біліктісіз бе? Өзгертуді ұсыныңыз

Ньютонның қаруы

Толық бетті ашу

Жүктелу жылдамдығы
Орбитаның айналу жылдамдығы
Мұнда қашу жылдамдығы

Тау шын таулардан гөрі биік, сондықтан оны көре аласыз. Ауаны кедергісі еленбейді.

Деректер кестесінің (мәтіндік) орны

Жүргізу жылдамдығының төменгі шегі: айналып кету. Жүргізу жылдамдығы мен құтылудың арасы: орбита бойымен жүру. Құтылудың ең жоғары шегінен асқанда: мәңгілікке кетеді.

Таудың үстінде қажет жылдамдықтар
ПланетаОрбитаның айналу жылдамдығыМұнда қашу жылдамдығы
Жер7,61 km/s10,8 km/s
Ай1,62 km/s2,29 km/s
Қаңтар3,42 km/s4,84 km/s

Throw a ball up and it comes back. Throw it hard enough and it never does. On Earth, that speed is 11.2 kilometres every second, and reaching it is why rockets are so enormous.

The Artemis I rocket lifting off at night in a blaze of light.
Artemis I lifts off from Kennedy Space Center, 16 November 2022. Credit: NASA/Bill Ingalls

Fast enough, and a thrown object never comes back.

Look

Throw a ball upwards and it comes back down. Throw it faster, it goes higher before falling back. Is there a speed so fast that it never comes back?

Yes. It is called the escape speed (or escape velocity). Go at least that fast, with nothing slowing you down, and gravity can never pull you back.

WorldEscape speed from the surface
Moon2.4 km/s
Mars5.0 km/s
Earth11.2 km/s
Jupiter59.5 km/s
Sun617.6 km/s

The Moon’s escape speed is less than a quarter of Earth’s. That is one reason why the Moon could be a useful place to launch things into space from.

In the cannon tool, the Moon is loaded. Try speeds below and above the escape speed shown in the readout.

Understand

Escape happens when the body’s kinetic energy is enough to climb out of the gravitational “well” completely. Setting kinetic energy equal to the energy needed to reach infinity:

½ v² = μ / r  ⇒  v_escape = √(2μ / r)

Compare with the circular speed √(μ/r): escape speed is always √2 ≈ 1.414 times the circular speed at the same distance.

Two important facts:

  1. It does not depend on your mass. A pebble and a spaceship need the same speed. (The spaceship needs much more energy, of course.)
  2. It depends on where you start. Farther out, r is bigger and escape is easier. From the height of geostationary orbit, Earth’s escape speed is only about 4.3 km/s.

Rockets never actually fire up to 11.2 km/s at the ground. They climb steadily while their engines keep pushing. Escape speed is the speed needed for an unpowered object, like the cannonball.

Master

In terms of specific orbital energy ε = v²/2 − μ/r, escape means ε ≥ 0. At exactly ε = 0 the path is a parabola and the speed tends to zero at infinity. Faster than that, the path is a hyperbola and the object keeps a leftover speed far away, the hyperbolic excess speed v∞:

v² = v∞² + v_escape²,   C₃ = v∞²

Mission planners quote launch energy as C₃ (km²/s²). For a Mars transfer, v∞ at departure is about 2.9 km/s, so C₃ ≈ 8.7 km²/s².

This relation hides one of the most useful effects in spaceflight, the Oberth effect: a burn made deep in a gravity well, where you are already moving fast, buys more v∞ than the same burn made far away. From a 200 km parking orbit around Earth (circular speed 7.78 km/s, escape speed 11.0 km/s), reaching v∞ = 2.9 km/s needs only about 3.6 km/s of engine burn, not 3.2 + 2.9 = 6.1 km/s. The Delta-v Map uses this for every departure from low Earth orbit.

Сынап көру

On the Moon, fire at a speed just below the escape speed shown in the readout, then just above. Compare the two paths. Then try the same on Earth and Mars.

Жылдам тест

3 жылдам сұрақтар. Дұрыс жауап бергеніңізді тексеру үшін біреуін таңдаңыз.

  1. Earth's escape speed from the surface is about:

    1. A 7.9 km/s
    2. B 11.2 km/s
    3. C 29.8 km/s
    4. D 617 km/s
    Жауап көрсетілсін

    B. 11.2 km/s

  2. Escape speed is how many times the circular orbit speed at the same distance?

    1. A 2
    2. B √2 (about 1.41)
    3. C 1/2
    4. D π
    Жауап көрсетілсін

    B. √2 (about 1.41)

  3. Does escape speed depend on the mass of the object being launched?

    1. A Yes, heavier objects need more
    2. B Yes, lighter objects need more
    3. C No, only on the planet's mass and the starting distance
    4. D Only in an atmosphere
    Жауап көрсетілсін

    C. No, only on the planet's mass and the starting distance

Аяқтау жолы

  • Интерактивті ойнау
  • Урокты оқу
  • Мақсатты орындады
  • Тестті тапсырды

Бұл құрылғыдағы орындалуын сақтау үшін сабақты біткен деп белгілеңіз.

Бұл сабақтағы сөздер

Көздері

Бұл сабақ CC BY-SA 4.0 лицензиясымен таратылады.

Құралдар мен сабақтар тек үйрену үшін жеңілдетілген модельдерді қолданады. Олар навигация, миссияны жоспарлау немесе басқа да операциялық шешімдерге қолданылмайды. Куәліктердің құны жоқ және аккредиттеусіз. Білім беру мазмұнына қатысты жауапкершіліктен бас тарту туралы мәліметті оқыңыз