八、宇宙速度人造地球卫星

地球对周围的物体都有吸引作用，因而抛出的物体要落回地面。但是，抛出的初速度大一些，物体就会飞得远一些。牛顿曾设想过，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚更远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。图 3－22 就是牛顿在他的著作中绘的一幅原理图。

宇宙速度 既然物体的发射速度足够大时，物体才能环绕地球运转，成为一颗人造地球卫星，那么，这个速度至少需要多大呢？为此，我们需要知道在地面附近沿着圆轨道运转的人造卫星的运行速度。发射速度比这个速度小，物体将要落回地面。

人造卫星做匀速圆周运动所需要的向心力就是地球对它的引力。设人造卫星的质量是 m，在高空沿圆轨道运转，轨道半径（与地心的距离）为 r，运行速度为 v。地球质量为 M，则有

由此得到

G Mm =

r 2

mv²

r ，

v = 。

在地面附近运转的卫星，可以认为 r 近似等于地球半径 r 地，地球对卫

星的引力近似等于卫星在地面附近受的重力mg。由mg = m 可得

r地

v = 。

把 g=9.8×10-3 千米/秒 2 和 r 地=6.4×103 千米代入上

式，得到 v＝7.9 千米/秒。这就是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，叫做第一宇宙速度，也叫环绕速度。

如果发射速度大于 7.9 千米/秒，人造地球卫星将在高空沿着圆轨道或椭圆轨道运行（图 3－23）。但是，发射速度也不能过大。当发射速度等于或大于 11.2 千米/秒的时候，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕

太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去。所以 11.2 千米/秒这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度。

达到第二宇宙速度的物体还受着太阳引力的束缚。要想使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于 16.7 千米/秒，这个速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。

人造卫星的应用人造卫星有着广泛的应用。在科学研究、无线电通讯、电视转播、军事侦察、资源调查、气象预报、估计粮食产量、发现农作物病虫害等方面，都可以应用人造卫星。应用人造卫星有什么好处呢？从下面几个例子里可以多少了解一些。

进行社会主义建设，首先要把资源的情况摸清楚，这就要进行资源调查。靠人工进行资源调查，速度慢、效率低。如果用资源卫星，一天绕地球十几圈，用来普查森林，很快就能查完，而且可以监视各种变化，及时

设法处理。在卫星上安装勘察矿产资源的遥感设备，还可以勘察地下的铁、钴、镍、铜、石油等多种矿藏。电视通讯是关系到千家万户的事情，但是靠中继站转播，每隔 50 千米就要建设一个中继站，要耗费大量人力物力。如果用与地球自转周期相同的同步通讯卫星转播，像我们这样幅员广阔的国家，只要有一颗卫星，就连边远地区也都可以收看到首都或者其他城市的电视节目了。

航天技术的发展目前，世界上航天技术有了很大发展，已经能发射围绕地球运行的空间站，把装有复杂、精密仪器设备的现代化实验室，送到宇宙空间中去，进行各种在地面上不能进行的物理、化学、生物、医学实验，还可以把航天器送往其他行星，发回科学情报。1981 年，又制成了航天飞机，它除了进行各种科学考察外，还可以在空间发射和收回卫星，并能返回地面，多次重复使用。

我国自 1956 年建立了专门的航天研究机构到现在，航天事业有了迅速

的发展。1964 年 6 月，自行研制的运载火箭腾空而起。1970 年 4 月 24 日，我国第一颗人造地球卫星一次发射成功。随后又发射了科学实验卫星、资源勘测卫星、通讯卫星、气象卫星等不同类型的人造地球卫星（见彩图 1）。掌握了使卫星返回地面的回收技术、用一枚火箭把多颗卫星送入轨道的“一箭多星”等世界尖端技术。

航天时代正在到来。在这个新时代里，不畏险阻，勇攀科学高峰的青年们是可以大有作为的。