火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
▍火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
谢邀，火箭“摆脱”大气层的束缚不一定要达到第一宇宙速度，慢慢飞也有可能飞出大气层。啊！这到底是怎么回事！
为何这样说呢？火箭要飞出大气层，只要有持续向上的动力，不一定达到第一宇宙速度，同样可以“到外空一游”！如这样慢慢往上飞也是可能出大气层滴！但这样需要消耗“巨大的体能”才能修成正果！
为了最大限度减少燃料消耗，发射火箭，发动机推动火箭达到第一宇宙速度7.9千米／秒，火箭轻松飞出大气层，这也是最经济最快的，比如长征五号飞出大气层时间用时285秒，也就是不到五分钟时间。何必耗时耗资呢！
其实环绕地球的大气层外沿是绕地轨道，达到第一宇宙速度就能绕地飞行，比如我国空间站在400公里的高空以7.8千米／秒速度绕地飞行。
第一宇宙速度也称地球的环绕速度，第二宇宙速度11.6千米／秒也称脱离速度，达到就能飞出地球轨道；如能达到16.7千米／秒也就是逃逸速度，就能飞到月球火星更远的星球！
▍火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
我们需要理解何为第一宇宙速度。
宇宙第一速度，7.9千米每秒，指的是只要达到这个速度，就不需要任何外部推力就可以飞出大气层，成为地球的一颗卫星。
理论上讲，火箭不一定非得达到第一宇宙速度才能飞出大气层，在任何速度下都可以飞出大气层，只要有足够的外力作用，而且外力作用持续发挥作用。哪怕速度只有1米每秒甚至更低，也可以飞出大气层，甚至飞出太阳，飞出银河系，都是可能的。
用我们日常生活中的例子就比较好理解了。
我们都有骑自行车上坡的经历。在上坡前通常我们都会加速，以便让自己更好更轻松的上坡。只要在上坡前速度足够快，在上坡过程中我们不用蹬自行车，就会自动爬上坡。
那么，如果在上坡前没有任何加速，从静止状态爬坡，能不能上坡呢？
也是可以的，但能够想象到肯定需要非常大的力量才可以，而且这种力量必须一直持续作用，一旦停止，自行车就很可能会掉下去。
火箭发射也是同样的道理。如果达到第一宇宙速度，之后就不需要任何推动力了，火箭就可以自己飞出大气层。如果达不到第一宇宙速度，必须给火箭持续施加推动力，而且是很大的推动力，这显然是不划算的，现实中也是不可能实现的。
▍火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
第一宇宙速度，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。
牛顿说在高山上架一门大炮，水平发射炮弹，如果速度足够大，炮弹就会不停地绕地球转动而不掉下来。说的就是第一宇宙速度，大家注意，炮弹离开炮口就不再提供能量。
如果能不断的给物体提供能量克服重力，物体的速度无需达到第一宇宙速度，就可以离地球而去，甚至有人说，乌龟、蜗牛也能爬出去。不光能爬出大气层，还能逃离地球，跑出太阳系。所以，火箭只要带足燃料，通过燃料燃烧释放的能量克服重力，无需太大的速度，就可悠哉悠哉的飞出大气层。
▍火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
随着科学技术的不断发展，人类对外界未知世界的探索脚步日益加快，所涉及的空间和领域也在不断拓展。近日，我国成功发射了“天问一号”火星探测器，美国和阿联酋也相继发射了火星探测器，对于地外探测的话题也重新成为人们津津乐道的焦点。大家在看到这些火箭发射时喷出的雄雄火焰，在感到无比的震撼之外，有时不免心生一个问题，那就是火箭通过燃料加速，达到第一宇宙速度后是否才可以脱离地球大气层？
宇宙第一速度和脱离大气层的关系
说白了，这两者并没有直接联系。早在300多年前，伟大的科学家牛顿受到苹果落地的启发，发现了万有引力定律，提出了任何两个有质量的物体之间，都会有相互吸引的趋势，吸引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。万有引力的提出，为研究宇宙间物质的运动规律，特别是星体的运行提供了理论支撑。
在万有引力的基础上，牛顿提出了“牛顿大炮”的概念，即在地球的表面支起一架大炮，在忽略地球引力的前提下，如果水平方向上的跑道速度达到一定程度，那么炮弹将不会再降落到地表，而是能够环绕着地球运行。而当速度再提升的话，那么炮弹就会有可能逃离地球引力的束缚而向着深空行进。
从空间的角度理解，炮弹在飞行的过程中，肯定会受到地球万有引力的影响，它有着向地心坠落的趋势，只不过它拥有着一定的切向线速度，如果这个线速度达到一定程度，那么炮弹在单位时间内远离地面的距离（受地球表面曲率的影响所致），就会与万有引力作用下坠落的距离相抵消，从而表现出炮弹脱离了地球引力作用的假象，变成环绕地球运行，炮弹所达到的这个最低环绕速度，就是地球的第一宇宙速度。
当一个物体围绕着地球运行，其受到的万有引力如果完全充当了向心力，即可实现环绕运行，按照这个前提条件，我们根据万有引力公式和向心力公式，可以推导出地球表面最低的环绕速度V1＝√（GM/r），其中G为万有引力常数、M为地球质量、r为物体与地球的距离。从中我们可以看出，物体如果要实现环绕地球运行，那么它在地球表面的最低运动线速度必须要达到7.9公里每秒，而这个速度与大气层的有无并没有关系。即使在月球这样大气几乎可以忽略的星球上，发射一个火箭实现环绕运行，也得需要达到月球的第一宇宙速度，即1.68公里每秒。
宇宙第二速度与第一速度之间的关系
利用与第一宇宙速度相似的推导原理，我们可以计算出物体如果在环绕星体运行的过程中，其切向线速度值带来的空间拉开程度，大地因引力作用下向星体质心处坠落的距离，那么外观的表现就是物体的环绕运行轨迹越来越倾向于椭圆，直至成为一个非闭合的抛物线，那么如此下去物体就会摆脱这个星体的引力束缚，向外太空飞去。
在这个思维的基础上，我们假设这个物体从这个星体的表面运行到无穷远处（与脱离星体引力过程正好相反，但效果相同）所做的功为W，而这个功则由物体的动能E所提供，所以我们利用动能定理和重力势能公式，可以推导出第二宇宙速度V2＝√（2GM/r）。从这个公式我们可以看出，一个星体的第二宇宙速度，其数值正好等于其第一宇宙速度的根号2倍。
另外，我们通过这个推导过程，也可以看出，实际上物体在达到第二宇宙速度之后，也会时刻受到星体万有引力的影响，只不过随着燃料的做功，物体的运动速度不断加大，其切向线速度所带来的距离拉大效应，已经大于万有引力带来的吸引效果了。
火箭可以慢慢飞出去吗？
当然可以，按照动能定理，只要物体受到合力不为0的外力作用，就会改变物体的运动状态。因此，理论上如果我们持续给火箭增加燃料，那么火箭必然能够持续进行加速，别说是第二宇宙速度，就是第三宇宙速度飞出太阳系都是能够达到的。
大家都看过火箭发射的视频，从静止到起飞，一开始火箭的速度是很低的，通过高强度的燃料消耗，为火箭的抬升提供了可以克服地球万有引力和空气阻力所需要的能量，这样，火箭才能慢慢向着大气层的上端移动。而在地球大气层的运行过程中，根据人造卫星的用途不同，其目标轨道高度也不尽相同，一般情况下的应用卫星都是在距离地面400公里高的区域，而地球同步卫星则需要被送入距离地面3.6万公里的区域。只有当火箭到达预定轨道之后（中间要进行相应的变轨操作），携带的人造卫星才被释放出来，这时候人造卫星已经具备了能够环绕地球运行的轨道线速度，这样卫星在短时间内就不会因为引力的作用而坠落下来。
至于像“天问一号”这样的深空探测器，火箭在释放探测器之前，也要确保其运行速度达到第二宇宙速度，这样才能依靠惯性沿着既定的行进路线前进，直至进入火星轨道之后，才开启剩余的动力设备，使之进行相应减速和变轨，这样才能安全地实现环绕火星运行，并为火星车的降落提供可能。
之所以现在的火箭发射没有采取慢慢加速的操作，关键原因在于燃料的持续供给问题。我们在一个特定的时间点将火箭加速到临界宇宙速度，就可以释放卫星或者探测器依靠惯性飞行了，只要设计好轨道路线就可以。假如不这样做，而是采取持续推进方式，那么动力火箭就需要持续地进行燃料消耗，一方面火箭的长期载重就会明显增加，燃料消耗速度会提高很多；第二是火箭的发动机得持续做功，对于深空探测来说负担过重，损毁的几率大增；另外，在深空中气体密度异常稀薄，接近真空的状态，依靠现有的火箭动力技术，通过喷射反推技术在深空中将没有用武之地，说不定刚出地球大气层，速度提升不上去的话，有极大的几率偏离运动轨道或者坠入大气层焚毁。
▍火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
这个问题问的非常有意思也非常没有道理，因为第一宇宙速度和飞出大气层并没有直接的关联。将第一宇宙速度和大气层之间画上等号反而很容易让人产生混淆和误导。
第一个问题：什么是第一宇宙速度？
第一宇宙速度也叫环绕速度，是航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的发射速度，第一宇宙速度的概念最早源自于牛顿的一个设想：
300多年前，牛顿曾思考过这样一个问题，他发现人掷出去的石头总会在飞出一段距离后落回地面，于是牛顿萌生了一个“大炮”的设想。他设想在一座高山上架设一门大炮，如果忽略空气阻力的话，以不同的速度将炮弹射出，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚就越远。假如这门大炮威力足够得大，能以7.9千米|秒的速度将炮弹射出，则这发炮弹将永远不会落回地面，而是围绕地球做圆周运动。后来人们根据牛顿的这个设想，发明了人造地球卫星，7.9千米|秒的速度也被称为第一宇宙速度。
牛顿大炮是一个忽略空气阻力情况下的理想实验，在现实生活中，由于航天器在距离地表数百公里以上的高空运行，地球对航天器引力比在地面时要略小，故其速度也略小于7.9千米|秒。这里需要着重指出的是，航天器即使达到7.9千米|秒的速度也并未摆脱地球引力的影响，只是因为地球是圆的，航天器每飞出7.9千米下落的距离正好被地球的曲率抵消，从而给人造成了人造地球卫星摆脱地球引力影响的假象。
第二个问题：火箭必须达到第一宇宙速度才可以出大气层吗？慢慢飞出不去吗？
当然不是，事实上所有的火箭都是慢慢加速飞出大气层的，火箭飞出大气层与是否达到第一宇宙速度并没有直接的关系。以现代航天为例，所有的火箭在点火阶段只能达到每秒几米的速度，甚至更低。在飞行途中，火箭逐步的加速，直到冲出大气层，达到预定的轨道、预定的速度，释放航天器。
这里需要特别指出的是，火箭将航天器送出大气层的目的，并不单是为了让航天器冲出大气层，摆脱空气阻力的影响，更重要的是要通过远离地心，通过赋予航天器更高的速度来降低、抵消、甚至摆脱地球引力的影响。只不过是因为地球的大气也是靠地球的引力吸附的，火箭在远离地心的同时也在不断冲出大气层。
大气层是一个非常复杂的概念，地球的大气层并不像地表的水面、冰面或山脉一样有一个明显的界限，它随着高度的上升，逐渐稀薄。在通常意义上人们一般认为地球大气层的厚度只有约100千米，但其实在距离地面超过1000千米的地方仍然存在一定密度的空气粒子。很多人造地球卫星、包括国际空间站的高度都不超过400千米，所以从严格意义上来说并没有脱离地球的大气层。只是在这个高度，空气已经太过的稀薄，对航天器产生的阻力微乎其微，已经基本可以忽略。地球的大气层虽然给火箭制造了很大的阻力，但在另一方面来说，由于大气层的存在也为火箭提供了反作用力加速的介质。火箭在大气层中喷射加速，要远比在真空中喷射加速更加高效。
在现实中，如果发射的是人造地球卫星，就必须在火箭到达预定轨道的时候，将火箭加速至第一宇宙速度然后释放航天器；如果发射的是火星探测器，需要让探测器摆脱地球引力，就必须在火箭到达预定轨道的时候，将火箭加速至第二宇宙速度然后释放航天器；如果发射的探测器要飞出太阳系，就必须在火箭到达预定轨道的时候，将火箭加速至第三宇宙速度然后释放航天器。当然这只是航天发射中基本的理论模型，在现实中还要综合其他方面的因素。
第三个问题：既然慢慢飞行也能飞出地球，飞出太阳系，人类航天又为什么要研究第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度……
这是一个老话题了，也是一个让很多人迷惑的问题。首先强调一点，一枚火箭或者一个航天器不管用多么低的速度，哪怕每秒钟只能飞行1米，只要能够不断向上飞，都能飞出地球甚至飞出太阳系。这与第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度并不矛盾。
这是因为所有的宇宙速度都是一次性加速，也就是说只要将航天器加速到一定的速度，航天器后续就可以依靠惯性飞行，中途不必再次进行加速，这就是强调宇宙速度的原因所在。反之，如果不能将航天器一次性加速至一定的速度，让航天器依靠惯性飞行，就必须一直不停的加速，一直的消耗燃料，这在现实中是不可能实现的。
以我国刚刚发射天问一号为例，因为天问一号探测的是火星，所以只要用火箭将其加速至约11.2千米|秒的第二宇宙速度，天问一号就可以脱离火箭，只依靠惯性摆脱地球引力的束缚，用约7个月的时间飞到火星。但如果火箭不能将天问一号加速至第二宇宙速度，只能加速至11.2米|秒，天问一号其实也能飞到火星。但代价是必须给天问一号配一个近乎无限燃料的推进器，即便是不考虑火星的自身的运动，也需要这个推进器持续不停的推进70000个月，这显然是不可能的。
在《三体》中，刘慈欣先生将这种航天方式称之为“低速”航天。低速航天尽管在理论上确实可行，但在现实中因为无法解决燃料的储备、喷射效率和冗余问题，根本无法实施。
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