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第一宇宙速度|火箭必须达到第一宇宙速度，才能飞出大气层？慢慢飞为什么不行？( 二 )


等于第一宇宙发射 ， 物体将绕地球公转
简单的理解就是“离心力”等于重力即可 ， 这个速度在地表大约是7.9千米/秒 ， 在近地轨道大约是7.8千米/秒 ， 它会随着高度变换而出现变化 。
离开地面的各种方法尽管牛顿发现了离开地球的方法 ， 但在他以后很长一段时间内都没有实现目标 ， 甚至连飞翔都还没实现 ， 一直到1783年蒙哥尔费兄弟发明了热气球！也许各位可能会有不同意见 ， 我们中国人早就发明了热空气上升的孔明灯 ， 但很可惜我们从来都没有将它用来载人！
孔明灯
热气球能升到多高？
热气球原理很简单 ， 一个可以控制开合的大气球 ， 底部用燃料加热 ， 热空气膨胀密度减小 ， 在大气层中就会产生静浮力 ， 当静浮力大于其本身质量时就能克服重力上升！
【第一宇宙速度|火箭必须达到第一宇宙速度，才能飞出大气层？慢慢飞为什么不行？】
最早的热气球
1862年气象学家詹姆斯·格莱舍和气球飞行家艾米丽亚·雷恩 ， 在未携带氧气的情况下 ， 上升到了9144米 ， 这是当时的极限水准了 ， 并不是热气球不给力 ， 而是人体对低含氧量环境的耐受能力 ， 3000米以上 ， 含氧量就降低到18%左右 ， 人就开始不舒服了 ， 5000米时就到了12% ， 10000米时就会到达人体耐受极限的6%以下 ， 难以呼吸直至死亡 。
现代实用耐压舱室的气球（氦气球）一般都可以达到40千米左右 ， 比如2012年10月4日 ， Felix乘坐气球在距离地面高度的39045米处跳伞成功 ， 此时大约是民航客机的5倍高度！
但无论是热气球还是氦气球 ， 都不可能突破大气层 ， 因为它们本身需要大气作为介质！和热气球一样 ， 飞机也无法离开大气层 ， 因为飞机机翼需要空气来赋予其升力 ， 离开了大气层同样寸步难行！而且飞机的极限升限还不如气球！
双三的SR71 ， 三马赫 ， 3万米
轻易突破地球束缚的火箭
和热气球一样 ， 火箭的原理人类早就发现了 ， 这就是发明黑火药的中华民族 ， 我们将它用来制作爆竹 ， 这就是俗称的二踢脚！但很明显它很难用来将物体送入太空 ， 但罗伯特·戈达德在1926年3月26日第一枚液体火箭试飞成功后 ， 状态迅速被改变！
罗伯特·戈达德和第一枚液体火箭
早在1919年 ， 齐奥尔科夫斯基就已经发表了关于多级火箭的论文《太空火箭列车》 ， 开启了多级火箭的概念 ， 理论和工具的配合 ， 是1957年10月4日苏联人在拜科努尔发射场用P-7洲际导弹改装的“卫星”号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1”号送入轨道的关键！
为什么要将火箭加速到第一宇宙速度 ， 慢慢爬出去不行吗？齐奥尔科夫斯基的多级火箭理论是理解其中的关键 ， 因为地球有一个厚厚的大气层（太空的标准是至少距离地面100千米） ， 在内部飞行时阻力很大 ， 因此环绕时必须要于此速度！
那么有一个非常关键的要求就是 ， 火箭起飞后必须尽快爬到净高度100千米以上 ， 垂直穿透明显是最短的 ， 但却有一个问题 ， 火箭燃料有限 ， 垂直爬高到100千米时燃料早已烧光 ， 此时没有水平速度 ， 那么火箭惯性上升一段时间后仍然会掉回地球！
唯一的方法是垂直飞离低空大气层后迅速拐弯转向地球自转的方向 ， 此时火箭的速度还可以加上地球自转的速度（赤道地区有460米/秒） ， 能节省不少燃料！当火箭爬高到100多千米时 ， 水平速度也许已经有4千米/秒 ， 那么此时抛弃第一级火箭的死重 ， 然后启动二级火箭 ， 将其加速到接近第一宇宙速度 ， 接力后已经可以在低轨道环绕了！如果这个轨道不是想要的高度的话 ， 还可以抛弃二级、启动三级火箭继续爬高到想要的轨道 。
慢慢爬要多高才能脱离地球的引力？
如果赤道地区的话 ， 必须垂直爬高到赤道上方的静止轨道才可以 ， 因为以地球自转的角速度要到42164.169km（距离地心）的高度时产生的“离心力”才能和地球对此处物体的引力抗衡！这个高度距离地面大约35786千米 ， 此时赤道上的线速度465米/秒将会被放大到3.07千米/秒 ， 这足够让这个物体保持在地球静止轨道上运行上百万年！


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