Każdy przedmiot, rzucony w górę, prędzej czy później ląduje na powierzchni ziemi, niezależnie od tego, czy jest to kamień, kawałek papieru czy zwykłe pióro. W tym samym czasie satelita wystrzelony w kosmos pół wieku temu, stacja kosmiczna lub Księżyc nadal kręcą się po swoich orbitach, tak jakby w ogóle nie działała na nie siła grawitacji naszej planety. Dlaczego to się dzieje? Dlaczego Księżyc nie grozi upadkiem na Ziemię, a Ziemia nie porusza się w kierunku Słońca? Czy nie ma na nie wpływu grawitacja?
Ze szkolnego kursu fizyki wiemy, że powszechna grawitacja wpływa na każde ciało materialne. Wtedy logiczne byłoby założenie, że istnieje pewna siła, która neutralizuje efekt grawitacji. Ta siła nazywana jest odśrodkową. Jej działanie można łatwo wyczuć, przywiązując niewielki ładunek do jednego końca nici i kręcąc nim po obwodzie. W tym przypadku im wyższa prędkość obrotowa, tym silniejsze naprężenie nici orazim wolniej obracamy ładunek, tym większe prawdopodobieństwo, że spadnie.
Tak więc jesteśmy bardzo blisko koncepcji „kosmicznej prędkości”. Krótko mówiąc, można to opisać jako prędkość, która pozwala dowolnemu obiektowi pokonać grawitację ciała niebieskiego. Planeta, jej satelita, Układ Słoneczny lub inny układ może działać jako ciało niebieskie. Każdy obiekt poruszający się po orbicie ma prędkość kosmiczną. Nawiasem mówiąc, rozmiar i kształt orbity obiektu kosmicznego zależy od wielkości i kierunku prędkości, jaką ten obiekt otrzymał w momencie wyłączenia silników oraz od wysokości, na której to zdarzenie miało miejsce.
Prędkość kosmiczna ma cztery rodzaje. Najmniejszy z nich to pierwszy. Jest to najniższa prędkość, jaką musi mieć statek kosmiczny, aby wejść na orbitę kołową. Jego wartość można określić za pomocą następującego wzoru:
V1=õ/r, gdzie
µ - geocentryczna stała grawitacyjna (µ=39860310(9) m3/s2);
r to odległość od punktu startu do środka Ziemi.
Ponieważ kształt naszej planety nie jest idealną kulą (na biegunach jest nieco spłaszczony), odległość od środka do powierzchni jest największa na równiku - 6378.1 • 10(3) m, a najmniej na biegunach - 6356,8 • 10(3) m. Jeśli przyjmiemy średnią wartość - 6371 • 10(3) m, to otrzymamy V1 równe 7,91 km/s.
Im bardziej prędkość kosmiczna przekroczy tę wartość, tym bardziej wydłuży się orbita, oddalając się od Ziemi dla wszystkichwiększa odległość. W pewnym momencie ta orbita pęknie, przybierze formę paraboli, a statek kosmiczny poleci w kosmos. Aby opuścić planetę, statek musi mieć drugą prędkość kosmiczną. Można ją obliczyć ze wzoru V2=√2µ/r. Dla naszej planety wartość ta wynosi 11,2 km/s.
Astronomowie już dawno ustalili, jaka jest prędkość kosmiczna, zarówno pierwszej, jak i drugiej, dla każdej planety naszego systemu rodzimego. Łatwo je obliczyć korzystając z powyższych wzorów, jeśli zastąpimy stałą µ iloczynem fM, w którym M jest masą ciała niebieskiego będącego przedmiotem zainteresowania, a f jest stałą grawitacyjną (f=6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
Trzecia kosmiczna prędkość pozwoli każdemu statkowi kosmicznemu pokonać grawitację Słońca i opuścić rodzimy Układ Słoneczny. Jeśli obliczysz to względem Słońca, otrzymasz wartość 42,1 km/s. Aby wejść na orbitę słoneczną z Ziemi, trzeba będzie przyspieszyć do 16,6 km/s.
I wreszcie czwarta kosmiczna prędkość. Z jego pomocą możesz przezwyciężyć atrakcyjność samej galaktyki. Jego wartość zmienia się w zależności od współrzędnych galaktyki. Dla naszej Drogi Mlecznej ta wartość wynosi około 550 km/s (przy obliczaniu względem Słońca).
