«Побег» из солнечной системы
Ракета, посланная на Луну Или на какую-либо планету, должна, строго говоря, обладать не полной критической скоростью, а лишь скоростью, которая необходима для достижения нейтральной точки, после чего ракета летит к цели под действием силы притяжения небесного тела — цели, т. е. попросту падает на него.
Хотя поле тяготения нашей Земли уже доставляет нам много хлопот, мы также подвержены действию поля тяготения Солнца (помимо поля тяготения Луны). Правда, мы этого не замечаем, так как ускорение, сообщаемое этим полем, составляет сотые доли процента от ускорения свободного падения g.
Причина этого — большое расстояние Земли от Солнца. Только жители побережий океанов и некоторых морей временами получают возможность ощущать поле тяготения Солнца во время так называемых сизигийных приливов. Это бывает, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой (в новолуние или полнолуние.
В это время силы притяжения Солнца и Луны растягивают водную оболочку Земли вдоль одной прямой: оба прилива, лунный и солнечный, складываются, и в результате прилив бывает особенно высоким. Когда же (во время первой и последней четвертей Луны) тяготения Луны и Солнца направлены под прямым углом друг к другу, лунный и солнечный приливы вычитаются, и наблюдается самый низкий, так называемый квадратурный прилив.
Но, несмотря на всё сказанное, нельзя недооценивать поле тяготения Солнца. Оно само по себе намного мощнее земного, и его «радиус действия» значительно больше; оно сказывается довольно заметно там, где поле Земли практически исчезает. Мы говорим об этом потому, что когда-нибудь в будущем человек непременно поставит себе задачу вырваться за пределы солнечной системы. Тогда будет необходимо преодолеть не только поле тяготения Земли, но и поле тяготения Солнца.
Рис. Из-за собственного движения Земли надо из скорости вылета из поля тяготения Солнца v’2k вычесть скорость движения, Земли по круговой орбите vk.
Такой полёт потребует, разумеется, дополнительной затраты энергии. Одна часть её пойдёт на то, чтобы достичь расчетной скорости вылета с Земли v2k = 11200 м/сек. Другая будет потрачена на достижение скорости, необходимой для выхода за пределы поля тяготения Солнца. Величину этой скорости мы можем рассчитать на основании зависимости, исходя из скорости Земли на круговой орбите вокруг Солнца; последняя равна 29 800 м/сек (она в этом расчёте играет роль первой космической скорости и поэтому обозначена нами v’k).
Для радиуса орбиты Земли r = 149,6-10 в 6-й степени км и периода её обращения Т = 365,256 суток = 3,1558 х 10 в 7-й ст. сек получаем по формуле скорость Земли на круговой орбите вокруг Солнца = 29 800 м/сек.
Увеличение её даст нам скорость, необходимую для вылета из поля тяготения Солнца (аналогичную второй космической скорости) — 42300 м/сек. Это колоссальная величина, и всё наше предприятие могло бы быть обречено на неудачу, если бы сама природа не пришла на помощь технике. Дело в том, что Земля уже имеет, по нашим расчётам, скорость 29 800 м/сек.
Было бы просто безрассудством оставить без внимания эту, так сказать, даровую возможность. Мы можем использовать Землю в качестве бесплатной катапульты. Разумеется, надо не ошибиться и стартовать в нужном направлении! Если направление старта совпадает с направлением движения Земли, то необходимо создать только дополнительную прибавку к скорости = 12500 м/сек.
Для массы тела на старте общая затрата энергии состоит из двух составляющих кинетической энергии, необходимых для преодоления полей тяготения Земли и Солнца.
После подстановки всех числовых значений получаем результат:
критическая скорость для вылета из солнечной системы (третья космическая скорость) равна 16,7 км/сек.