Co to są prędkości kosmiczne?
Prędkości kosmiczne to historyczna klasyfikacja progowych prędkości, które obiekt wystrzelony z powierzchni Ziemi musi osiągnąć, aby wykonać określone zadanie bez dalszego napędu. Wynikają bezpośrednio z mechaniki orbitalnej i grawitacji. Pierwsza prędkość kosmiczna (v1 ok. 7,9 km/s) to prędkość minimalna do wejścia na orbitę kołową tuż nad powierzchnią Ziemi (bez atmosfery). Druga prędkość kosmiczna (v2 ok. 11,2 km/s) to prędkość ucieczki z Ziemi – pozwala uciec z zasięgu grawitacji Ziemi bez dalszego napędu. Trzecia prędkość kosmiczna (v3 ok. 42,1 km/s) to prędkość ucieczki z Układu Słonecznego ze startu z Ziemi.
Obliczenia: v1 = sqrt(GM/R) dla orbity kołowej; v2 = sqrt(2GM/R) = v1 * sqrt(2) dla ucieczki. Dla Ziemi: M = 5,97 x 10^24 kg, R = 6371 km, G = 6,67 x 10^-11. Stąd v1 ok. 7,91 km/s, v2 ok. 11,19 km/s. Trzecia prędkość kosmiczna: kombinacja prędkości ucieczki z Ziemi plus prędkości ucieczki z grawitacji Słońca z odległości 1 AU (z uwzglednieniem orbitowania Ziemi wokół Słońca – prędkość orbitalna ok. 29,8 km/s). Efektywna v3 ze startu z Ziemi wynosi ok. 42,1 km/s (względem Ziemi) lub ok. 16,6 km/s wzgledna wobec Słońca (korzystajac z prędkości orbitalnej Ziemi jak katapulty). Sondy Voyager 1 i 2, Pioneer 10 i 11, New Horizons, Ulysses – to jedyne obiekty, które osiagneły v3 i zmierzaja ku gwiazdom. Voyager 1 porusza sie z prędkością ok. 17 km/s względem Słońca. Rekordy prędkości: Parker Solar Probe w peryhelium osiąga ponad 190 km/s – najszybszy obiekt stworzony przez człowieka, ale nie ucieka z Układu Słonecznego (jest na orbicie wokół Słońca).
Istnieją też czwarta (prędkość ucieczki z Galaktyki, ok. 550 km/s względem centrum galaktycznego dla obiektu w rejonie Słońca) i piąta prędkość kosmiczna – pojęcia mniej standardowe, rzadziej stosowane. W praktyce rakiety nigdy nie osiągają tych prędkości jednym impulsem – stosuje sie kilka stopni, asysty grawitacyjne (gravity assists) i manewry Hohmanna. Prędkość ucieczki z Księżyca to ok. 2,38 km/s – dlatego tak trudno jest uciec z powierzchni Ziemi (11,2 km/s), a tak łatwo z Księżyca. Czarna dziura o promieniu Schwarzschilda: prędkość ucieczki rówana prędkości światła – 300 000 km/s.