Что такое третья космическая скорость?
Третья космическая скорость — это минимальная скорость, которую необходимо придать телу вблизи поверхности Земли, чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение Земли и Солнца и покинуть пределы Солнечной системы.
Её значение составляет примерно 16,65 км/с.
Вычисление скорости
Для расчёта третьей космической скорости используется закон сохранения энергии. При этом учитываются:
* орбитальная скорость планеты
* вторая космическая скорость
* гравитационное влияние Солнца
Подставляя численные значения для Земли (орбитальная скорость 29,783 км/с, вторая космическая скорость 11,182 км/с), получаем итоговую величину 16,650 км/с.
Практическое достижение
Для максимально эффективного старта необходимо учитывать:
* осевое вращение Земли (0,5 км/с)
* орбитальное движение планеты (29,8 км/с)
* запуск вблизи экватора
* направление движения по оси вращения Земли
При оптимальном запуске общая скорость относительно Солнца достигает 46,5 км/с.
Современные достижения
На текущий момент ни один космический аппарат не покидал окрестности Земли с третьей космической скоростью напрямую. Рекордсменом является КА «Новые горизонты», который достиг скорости 16,26 км/с относительно Земли. Благодаря гравитационному манёвру у Юпитера в 2007 году он дополнительно ускорился на 4 км/с, что позволит ему в будущем покинуть гелиосферу.
Аналогичным способом ускорения воспользовались и другие аппараты, уже покинувшие гелиосферу: «Вояджер-1», «Вояджер-2», «Пионер-10» и «Пионер-11».
Траектория аппарата, достигшего третьей космической скорости, представляет собой часть ветви параболы, при этом скорость относительно Солнца асимптотически стремится к нулю.
Что такое асимптотическое стремление к нулю?
Асимптотическое стремление означает, что величина постоянно приближается к определённому значению, но никогда его не достигает. В случае с космическим аппаратом, который покинул Солнечную систему:
* Скорость аппарата относительно Солнца постепенно уменьшается
* При этом скорость никогда не становится строго равной нулю
* Процесс уменьшения скорости происходит бесконечно, но значение всё время остаётся положительным
Это можно представить на примере графика функции, где кривая постоянно приближается к оси координат, но никогда её не пересекает.
В контексте космических полётов это означает, что:
* Аппарат продолжает двигаться от Солнца
* Его скорость постоянно уменьшается из-за гравитационного притяжения
* Но движение никогда не остановится полностью
* Аппарат будет удаляться всё медленнее и медленнее, но процесс будет продолжаться бесконечно
Таким образом, хотя скорость стремится к нулю, космический аппарат всё равно продолжает своё путешествие в межзвёздном пространстве, просто с каждым годом двигаясь всё медленнее.