我们将向太空发射卫星、宇宙飞船和宇宙空间站。 这些航天器会上升到多高，以多快的速度飞行以免坠落？ 据朋友说，这还不简单。 第一宇宙速度。 宇宙飞船速度达到7.9公里/秒时，可以一直在天空中旋转； 低于这个速度就会下降。
真的是这样吗？
宇宙空间站正在围绕地球飞行。 现在的近地轨道高度为383.7公里，远地点高度为393.7公里，从数学上讲是椭圆形的轨道。 对巨大的地球来说，它是距离地面约388.6公里的接近圆的轨道。 空间站在这个圆轨道上高速飞行，每天绕地球旋转15圈半。 大约每一个半小时，宇航员们就会经历日出和日落。
在天宫空间站看日出
根据天宫空间站的轨道参数，目前的轨道速度为7.68公里/秒，比所有已知的飞机都要快，但低于书中所写的第一宇宙速度： 7.9公里/秒。
第一宇宙速度是什么？ 据说航天器只有在这个速度以上才能摆脱重力，为什么卫星和空间站不会掉下来呢？
我们向天空扔石头，它很快就会掉下来； 扔石头的速度不够快。 向天空开枪，子弹出洞的速度约为800米/秒。 够快吧。 但是，十几秒后它也会掉下来。 为什么？ 因为有万有引力。
忧郁的山水认为，两个有质量的物体，相互产生引力，引力的大小与它们的质量有关，也与它们之间的距离有关。 万有引力定律已经被无数实验证明是正确的。 小到你扔石头，大到天体运行，其运动都符合万有引力定律。
万有引力公式
地球足够大，足够重。 它对周围所有的物体都有重力。 换言之，你的重量就是地球对你的重力的大小。 石头、子弹、你、我、卫星、空间站都是有质量的物体，地球对它们有重力。 地球的质量几乎是恒定的，重力的大小取决于物体的质量和距离r。 我们在地球表面。 r=地球半径——，也就是地球重心与地表的距离。
从万有引力公式可以看出，地球质量m、地球半径r、万有引力常数g都是恒定的，我们从地球受到的重力的大小取决于我们自身质量的不同。
卫星和宇宙空间站要继续在天空运行，必须克服万有引力的影响。 怎么克服？ 科学家想到了“离心力”。 在奥运会上，运动员掷链球首先是旋转球，利用“离心力”掷球。 转速越快，投掷的距离就越远。
运动员利用离心运动扔铁锤
“离心力”是一种假想的力，在物理学上并不是“离心力”，所以我加了引号。 某物体以牵引力中心为中心进行非线性运动时，物体有质量，因此质量产生的惯性会强制物体沿运动轨迹的切线方向前进，惯性力作用于牵引力的相反方向，将物体向外侧拉伸的运动物体质量越大，运动速度越快，越会产生惯性力。
我们坐的是高速行驶的车。 车转弯的时候，你会觉得自己被甩在外面。 这是因为身体的惯性起作用，产生惯性向外侧的假想力。 这个“力”叫做离心力。
惯性速度与向心加速度的关系
是以圆的中心为中心进行圆周运动的物体，其向心力(与“离心力”大小相等的方向相反) f受其向心加速度a和其自身质量m两个要素的影响。 在公式中表现如下。
f=毫安
在此，向心加速度a和切线运动速度v及运动半径r的关系如下。
a=伏/r
所以：
f=毫伏/时
对于绕地球圆周运动的卫星来说，为了防止掉落(r稳定)，需要使地球的重力和运动产生的“离心力”的大小相等，方向相反。 因此：
f=GMM/r=mv/r
v=Gm/r
我们知道地球的质量m是恒定的，g是万有引力常数。 于是，卫星的轨道速度v只受r的变化影响，与卫星质量m的大小无关。
卫星轨道越低，速度越快
那么，什么是第一宇宙速度呢？
第一宇宙速度是指某物体贴着海面飞行时，不考虑空气的升力和阻力，不落到地面的速度。 海面到地心的距离是地球的平均半径r，其值约为6371.4。 那么，如下所示。
v=公厘
/r ≈ 6.67×10⁻¹¹× 5.965×10²⁴ / 6371400v ≈ 7.91 km/s
我们将这个海平面飞行速度(v)7.91公里/秒称为“第一宇宙速度”，也就是绕飞地球的速度。
事实上没有一颗卫星能做到以如此快的速度贴着海平面飞行。为了克服空气阻力，我们需要将它发射到100公里以上的大气层外边。于是上边公式中的 r 就变大了。
天宫空间站在388.6公里高度飞行
按照中国空间站388.6公里的平均轨道高度算：
r = 6371.4 + 388.6 = 6760公里
代入轨道速度计算公式后得出：v ≈ 7.68 km/s
这个值显然小于7.91公里/秒的第一宇宙速度。
天宫空间站轨道参数
由此我们可以得出结论：
在轨飞行的航天器，无论是卫星、飞船还是更大更重的空间站，只要它是在近圆轨道上飞行，其轨道高度越高，飞行的速度就越慢。位于3.6万公里高度的静止轨道卫星的速度只有3.1公里/秒，远低于第一宇宙速度。
地球同步卫星速度为3.1公里/秒
对于处在椭圆轨道上飞行的卫星（比如我国第一颗卫星“东方红一号”）而言，它的轨道速度是在一个区间里不断变化。有些通信卫星为了在它感兴趣的地区能逗留更长时间，特意采用了一种高度椭圆的轨道（Molniya轨道），它的轨道速度在1.5~10公里/秒的范围内不断变化。
俄罗斯核预警卫星轨道方便监视北半球
因此，如果有人告诉你天上卫星的速度都是第一宇宙速度，那是他对轨道速度的概念有误解。
#中国空间站#