Jebkurš priekšmets, mests uz augšu, agrāk vai vēlāk nonāk uz zemes virsmas, vai tas būtu akmens, papīra gabals vai vienkārša spalva. Tajā pašā laikā pirms pusgadsimta kosmosā palaists satelīts, kosmosa stacija vai Mēness turpina griezties savās orbītās, it kā tos mūsu planētas gravitācijas spēks nemaz neietekmētu. Kāpēc tas notiek? Kāpēc Mēness nedraud nokrist uz Zemi, un Zeme nevirzās pretī Saulei? Vai tos neietekmē gravitācija?
No skolas fizikas kursa mēs zinām, ka universālā gravitācija ietekmē jebkuru materiālo ķermeni. Tad būtu loģiski pieņemt, ka pastāv zināms spēks, kas neitralizē gravitācijas ietekmi. Šo spēku sauc par centrbēdzes spēku. Tās darbību ir viegli sajust, piesienot vienā vītnes galā nelielu slodzi un pagriežot to pa apkārtmēru. Šajā gadījumā, jo lielāks ir griešanās ātrums, jo spēcīgāks ir vītnes spriegojums unjo lēnāk griežam kravu, jo lielāka iespēja, ka tā nokritīs.
Tādējādi mēs esam ļoti tuvu jēdzienam "kosmiskais ātrums". Īsumā to var raksturot kā ātrumu, kas ļauj jebkuram objektam pārvarēt debess ķermeņa gravitāciju. Planēta, tās satelīts, Saules sistēma vai cita sistēma var darboties kā debess ķermenis. Katram objektam, kas pārvietojas orbītā, ir telpas ātrums. Starp citu, kosmosa objekta orbītas lielums un forma ir atkarīga no ātruma lieluma un virziena, ko šis objekts saņēma brīdī, kad tika izslēgti dzinēji, un no augstuma, kādā šis notikums notika.
Telpas ātrums ir četru veidu. Mazākais no tiem ir pirmais. Tas ir mazākais ātrums, kāds ir jābūt kosmosa kuģim, lai tas ieietu apļveida orbītā. Tās vērtību var noteikt pēc šādas formulas:
V1=õ/r, kur
µ - ģeocentriskā gravitācijas konstante (µ=39860310(9) m3/s2);
r ir attālums no palaišanas punkta līdz Zemes centram.
Sakarā ar to, ka mūsu planētas forma nav ideāla bumbiņa (polios tā ir nedaudz saplacināta), attālums no centra līdz virsmai ir vislielākais pie ekvatora - 6378.1 • 10(3) m, un vismazāk pie poliem - 6356,8 • 10(3) m. Ja ņemam vidējo vērtību - 6371 • 10(3) m, tad iegūstam V1, kas vienāds ar 7,91 km/s.
Jo vairāk kosmiskais ātrums pārsniedz šo vērtību, jo garāka kļūs orbīta, attālinoties no Zemes.lielāks attālums. Kādā brīdī šī orbīta salūzīs, iegūs parabolas formu, un kosmosa kuģis dosies sērfot kosmosā. Lai pamestu planētu, kuģim ir jābūt otrajam kosmosa ātrumam. To var aprēķināt, izmantojot formulu V2=√2µ/r. Mūsu planētai šī vērtība ir 11,2 km/s.
Astronomi jau sen ir noteikuši, ar ko kosmiskais ātrums, gan pirmās, gan otrās, ir vienāds ar katru mūsu vietējās sistēmas planētu. Tos ir viegli aprēķināt, izmantojot iepriekš minētās formulas, ja aizstājam konstanti µ ar reizinājumu fM, kurā M ir interesējošā debess ķermeņa masa un f ir gravitācijas konstante (f=6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
Trešais kosmiskais ātrums ļaus jebkuram kosmosa kuģim pārvarēt Saules gravitāciju un atstāt vietējo Saules sistēmu. Aprēķinot to attiecībā pret Sauli, jūs iegūstat vērtību 42,1 km / s. Un, lai no Zemes ieietu gandrīz Saules orbītā, jums būs jāpaātrina līdz 16,6 km/s.
Un, visbeidzot, ceturtais kosmiskais ātrums. Ar tās palīdzību jūs varat pārvarēt pašas galaktikas pievilcību. Tās vērtība mainās atkarībā no galaktikas koordinātām. Mūsu Piena Ceļam šī vērtība ir aptuveni 550 km/s (rēķinot attiecībā pret Sauli).
