Vissa språk på denna webbplats kan vara maskinöversatta och kan innehålla fel. Hjälp till att förbättra den Läs den engelska originaltexten
  1. Lär dig
  2. Navigator
Navigator · Modul 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 min

NASA/JPL/Space Science Institute

Denna lektion utarbetades av en Local Solar System Den här artikeln är en medlem av stiftelseteamet och kan förbättras av en kvalificerad granskare. Är du kvalificerad inom det här ämnet? Föreslå en redigering

Newtons kanon

Öppna helsida

Uppskjutningshastighet
Cirkulär bana hastighet här
Fly hastighet här

Berget är ritat långt högre än något riktigt så att du kan se det, luftmotståndet ignoreras.

Datatabell (textalternativ)

Långsammare än cirkelhastigheten: faller tillbaka. Mellan cirkel- och flykthastighet: kretsar runt jorden. Vid eller över flykthastighet: lämnar jorden för gott.

Hastigheter som behövs på toppen av berget
PlanetCirkulär bana hastighet härFly hastighet här
Jorden7,61 km/s10,8 km/s
Månen1,62 km/s2,29 km/s
Mars3,42 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.

Prova det själv

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.

Snabb frågesport

3 snabba frågor. Välj ett svar för att se om du har rätt.

  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
    Visa svaret

    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
    Visa svaret

    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
    Visa svaret

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

Mållinjen

  • Lekte med den interaktiva
  • Läs lektionen
  • Gjorde utmaningen
  • Gjorde frågesporten

Markera lektionen som slutförd för att spara den i dina framsteg på den här enheten.

Ord i den här lektionen

Källor

Denna lektion är licensierad under CC BY-SA 4.0.

Verktyg och lektioner använder förenklade modeller endast för inlärning, de får inte användas för navigering, uppdragsplanering eller något operativt beslut. Certifikat är gratis och icke-ackrediterade. Läs ansvarsfriskrivningen för utbildningsinnehåll