生活在地球上的我们,之所以能够安然的站在地表,全靠引力牢牢的吸附,而如果想要冲出地球,就必须要摆脱地球的引力束缚,比如我们所发射的航天火箭,就需要达到第一宇宙速度,这样才能飞出大气层,否则火箭将会被地球引力拽回,落入地表。
说到这里或许很多人会问,离开大气层就必须要达到宇宙第一速度吗,如果我们以一秒一米的速度升空,是否能够离开地球呢?
答案是可以的,我们都知道,火箭离开地球进入太空的最小速度大约是7.9km/s,低于这个速度并不意味着就无法飞出地球,事实上所谓第一宇宙速度,就是物体在地球轨道做匀速圆周运动的速度,只要物体被加速到7.9千米每秒之后,便无需再继续提供动力,就能围绕地球做圆周运动。如果速度提高到11.2千米每秒,那么就能彻底摆脱地球的引力束缚,飞向其他行星。
早在十七世纪,著名物理学家牛顿就曾提过这个理论设想,也就是人人熟知的牛顿大炮。牛顿认为,当我们在一座高山架起一门大炮,在打出炮弹时,炮弹会因为惯性而向前飞行一段距离,然后便会受到地球的引力下坠。如果随着速度越快炮弹的飞行的距离也会越远,而一旦当炮弹打出7.9千米的速度时,那么炮弹下坠的高度就和地球表面曲率保持一样,这样炮弹便永远不会掉下来。
因此只要我们给一个物体持续提供动力,那么就无需达到第一宇宙速度也可飞出大气层,即便让火箭一直保持1m/s的速度不变,只要他的时间足够,甚至可以飞到宇宙的任何地方。所以低速航天是完全可行。
那么很多人可能又会问,为何我们在发射火箭时,不持续提供动力,非要加速到第一宇宙速度呢?
而这就涉及到火箭的燃料问题,要知道火箭所携带的燃料是有限的,并且携带越重,所消耗的燃料也会越多,因此火箭都是分为多级,当一级的燃料消耗之后便会分离脱落,然后下级点火继续加速,随着火箭越来越轻,速度也逐渐加快,最终即可达到第一宇宙速度进入太空。
事实上,火箭升空和我们平时骑自行车与其类似,当你骑车时如果想上一个陡峭的坡,那么最省力的办法就是从很远的地方不断加速,然后凭借加速度一鼓作气冲上去。而如果一个人足够强壮,那么他完全无需加速,直接靠着蛮力硬生生的爬坡,很明显这样虽然也能上去,但是需要的力气要比之前的方法大的多,并且在爬坡途中要一直保持这个功率。
由此我们可以得知,离开地球并非需要达到所谓的第一宇宙速度或者第二宇宙速度,只要我们给一个物体保持稳定的动力输出,那么无论它多慢,都可以飞出地球!