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火箭離開地球時,飛到哪裏可以算已經離開地球了?

相信大家已經看到SpaceX公司的龍飛船成功發射升空,將兩名NASA宇航員送上了太空,正在前往國際空間站。雖然對於美國來說,載人航天並不是什麽稀奇的事情,畢竟美國在這方面是處於世界領先的,但這壹次發射,對於美國來說,是具有重要意義的。

按照計劃,龍飛船在飛行大約19個小時以後,會與國際空間站進行對接,宇航員會進入國際空間站。在這壹次飛行任務具體會持續多長時間,目前NASA沒有給出最後時限,有可能會持續1個月到4個月。我們暫且不探討這壹次任務的時間,此次飛行的意義重大。按照美國目前的計劃,現在的目標不僅僅是載人環繞地球飛行,接下來還計劃在2024年實施載人登陸月球,從長遠的角度來看,在不久的將來,可能還會實施載人登陸火星的項目。

在這壹次發射任務中,使用的是獵鷹9運載火箭。相信大家也知道,我們之所以需要借助這些大推力的運載火箭才能進入地球軌道,是因為我們在地球上會受到地球重力的束縛,所以我們在壹般情況下是沒法離開地球的。雖然我們會受到地球的引力,但是我們在跟著地球自轉時,也會產生壹個離心力。如果我們的速度足夠快,當產生的離心力可以和重力抗衡時,意味著我們可以擺脫地球引力的束縛,離開地球。以我們當前的科技,目前只能借助運載火箭才能達到這樣的速度,所以我們發射衛星、飛船,都是用運載火箭發射升空的。

同樣的道理,如果我們實施載人登陸月球,當宇航員離開月球返回地球時,也需要擺脫月球的引力。問題是,我們在地球上需要大型運載火箭才能擺脫地球的引力,在月球上並沒有火箭發射場,也沒有大推力運載火箭,載人登月飛船是怎麽從月球返回地球的呢?

我們受到的重力,在不同星球是不同的,我們地球質量較大,所以我們受到的重力相對較大,而月球的質量相對較小,意味著我們在月球表面受到的重力相對較小。重力越小,意味著逃逸速度也會越小。在我們地球上,發射環繞地球軌道飛行的衛星需要達到第壹宇宙速度7.9公裏每秒,發射星際探測器需要達到第二宇宙速度(即逃逸速度)11.2公裏每秒以上。由於月球的引力較小,所以月球的逃逸速度相對較小,大約為2.4公裏每秒,月球第壹宇宙速度就更小了。

除此之外,雖然月球離我們地球的平均距離大約為38萬公裏,但是月球還在我們地球的引力範圍,意味著我們在月球表面還會受到地球的引力。所以,在月球上面發射軌道飛行器就更容易了。最重要的是,在月球沒有濃密的大氣層,意味著在月球表面真空環境中發射飛船,不會受到大氣阻力,所以在月球表面,飛船只需要稍微加大推力,就可以達到環繞月球的第壹宇宙速度,進入月球軌道。

在50年前阿波羅載人登月項目中,載人飛船到達月球軌道以後,只是釋放了壹個著陸器,將宇航員及上升段送上月球表面,飛船則留在月球軌道等待宇航員的歸來。當宇航員完成月球表面的任務以後,就會乘坐上升段進入月球軌道。由於月球引力較小,也沒有空氣阻力,所以在拋棄著陸器等物體以後,上升段的質量已經非常小,只需要稍微加大推力即可達到月球的第壹宇宙速度,進入月球軌道與飛船對接。而月球軌道飛船在接到宇航員後,也只需要稍微加大推力,就可以超過月球的逃逸速度,擺脫月球的引力,向地球飛回來。