为什么一个轨道是一个下降

你见过的每一个在空间站上漂浮的宇航员 下降. 站点也是如此,月亮也是如此。 其中没有一个是”超越重力 ” 。 它们在环绕地球,一次又一次的坠落,从未撞击过它。

一个轨道只是一个永远不会结束的下降。

看

向侧面抛出一个球,它弯曲到地面。 扔得更硬,它的土地更远。 现在想象一下,你把它扔得如此的猛烈,以至于当它掉下来一米时,地面已经被它覆盖了。 弯曲远离 还有一米。 它仍在下降。 它只是从来没有得到任何接近。

在地球上,这种情况发生在 7.8公里/秒 接近地表(28,000公里/小时)。 地面上的任何东西都不能移动那么快,因为空气会阻止它,所以我们先在空气之上。 这就是火箭的全部功能:它将航天器提升到大气层之上,然后推动它 横向,非常艰难。

• 慢于轨道速度:轨道弯曲进入地面。
• 确切的轨道速度:一个圆圈。
• 更快:一个椭圆形,摆动出去和回来。
• 快于 逃逸速度 (从低轨道上约11公里/秒 ) : 路径打开,并且永远不会返回。

首先猜一下:国际空间站的重力高度与地面相比有多大?

大约90%的强度。 宇航员漂浮并不是因为缺乏重力,而是因为他们和他们的站一起坠落。

在一个下降的航天器里面,一切都以相同的速度落在一起,所以没有什么东西会对其他东西施加压力。 这就是为什么宇航员漂浮。 太空机构称之为微重力。

理解

在地球附近,重力的加速度为g = GM/r²。 在半径 r 的圆中以速度 v 移动需要向 v²/r 中心拉力。 轨道是重力提供正确的拉力的地方:

v²/r = GM/r² → v = √(GM / r)

地球的GM=398,600 km³/s²和r=6,371 + 200 = 6,571 km,v≈7.79 km/s。 在电影中,在牛顿的600公里高山上,r = 6978公里,v = 7.56公里/秒。

一圈的时间如下:T = 2πr / v,约88分钟在200公里。 较高的轨道速度更慢，周期也更长：距离月球384,400公里，周期为27.3天。

硕士

水平发射,半径r₀,速度v,轨道为圆锥形,地球中心在一个焦点。 每公斤的能量,

ε = v²/2 − μ/r₀，

决定形状: ε < 0 is an ellipse (including the circle and the paths that hit the ground, which are ellipses interrupted by the surface), ε = 0 a parabola, ε > 0 一个双曲线。 设置 ε = 0 给出逃逸速度 v_esc = √(2μ/r₀ ) , 正好是同一高度上圆周速度的 √2 倍。

水平发射总是将发射点放在一个 末端:如果v低于圆周速度,则为轨道的最高点;如果高于圆周速度,则为最低点。 这就是为什么电影中慢球从山上掉下来,而快球则从下面回到它身上。