Prędkość kosmiczna. Czym jest, co oznaczają poszczególne prędkości kosmiczne?

Prędkość kosmiczna to prędkość początkowa, potrzebna dowolnemu obiektowi (rakieta, statek kosmiczny), aby dzięki energii kinetycznej pokonał grawitację wybranego ciała niebieskiego. Dokonując obliczeń, musimy założyć, że nie ma innych ciał niebieskich oraz pominąć siłę oporu.

Pierwsza prędkość kosmiczna, nazywana kołową to najmniejsza prędkość, jaką powinno się nadać ciału względem środka masy ciała przyciągającego je w kierunku równoległym do jego powierzchni, by dane ciało zostało sztucznym satelitą tego ciała niebieskiego.

Jej wartość jest różna dla różnych ciał niebieskich. Jest zależna od ich masy oraz odległości od środka masy ciała (czyli również od odległości od jego powierzchni.

W okolicy Ziemi (omijając wpływ atmosfery) pierwsza prędkość kosmiczna wynosi około 7,9 km/s. Z uwagi na występowanie atmosfery w praktyce obiekt ten może utrzymać się na orbicie kołowej dopiero na wysokości ponad 100 km. Na wysokości tej pierwsza prędkość kosmiczna jest nieco mniejsza - wynosi około 7,8 km/s.

Zazwyczaj podajemy wartość pierwszej prędkości kosmicznej, odpowiadającą oddaleniu od środka masy, który jest równy średniemu promieniowi danego ciała niebieskiego.

Druga prędkość kosmiczna, nazywana paraboliczną lub ucieczki to najmniejsza prędkość początkowa, jaką powinniśmy nadać ciału znajdującemu się w okolicy innego ciała niebieskiego, by (w sytuacji braku działania innych sił oprócz siły ciążenia) przezwyciężyło na stałe pole siły przyciągania tego ciało i po wejściu na orbitę paraboliczną mogło zwiększyć od niego dystans.

Wartość tej prędkości także jest zależna od masy oraz odległości od środka ciała przyciągającego. Wartością charakteryzującą drugą prędkość jest wartość odpowiadająca oddaleniu od środka ciała przyciągającego, który jest równy jego średniemu promieniowi.

Dla Ziemi, przy jej powierzchni druga prędkość kosmiczna to 11,1 km/s.

Trzecia prędkość kosmiczna to najmniejsza prędkość początkowa, przy której ciało, gdy rozpoczyna ruch w okolicy planety lub innego ciała niebieskiego, przezwycięży przyciąganie całego Układu Słonecznego (szczególnie Słońca) i go opuści.

Prędkość ta w praktyce odpowiada prędkości ucieczki względem Słońca. Trzecia prędkość kosmiczna przy powierzchni Ziemi wynosi około 42 km/s, lecz w stosunku do jej ruchu obiegowego wokół Słońca wystarczy przy starcie z jej powierzchni w kierunku zgodnym z tym ruchem nadać obiektowi prędkość 16, 7 km/s, aby mógł opuścić Układ Słoneczny.

Czwarta prędkość kosmiczna to najmniejsza prędkość, umożliwiająca opuszczenie na zawsze Galaktyki.

W okolicy Słońca czwarta prędkość wynosi około 350 km/s jednak wykorzystując ruch Słońca dookoła środka Galaktyki, wystarczy obiektowi nadać jedynie prędkość około 130 km/s w kierunku zgodnym z ruchem obiegowym Słońca względem centrum Galaktyki, by obiekt ten mógł ją opuścić.