火箭离开地球时,飞到哪里可以算已经离开地球了?

相信大家已经看到SpaceX公司的龙飞船成功发射升空,将两名NASA宇航员送上了太空,正在前往国际空间站。虽然对于美国来说,载人航天并不是什么稀奇的事情,毕竟美国在这方面是处于世界领先的,但这一次发射,对于美国来说,是具有重要意义的。

按照计划,龙飞船在飞行大约19个小时以后,会与国际空间站进行对接,宇航员会进入国际空间站。在这一次飞行任务具体会持续多长时间,目前NASA没有给出最后时限,有可能会持续1个月到4个月。我们暂且不探讨这一次任务的时间,此次飞行的意义重大。按照美国目前的计划,现在的目标不仅仅是载人环绕地球飞行,接下来还计划在2024年实施载人登陆月球,从长远的角度来看,在不久的将来,可能还会实施载人登陆火星的项目。

在这一次发射任务中,使用的是猎鹰9运载火箭。相信大家也知道,我们之所以需要借助这些大推力的运载火箭才能进入地球轨道,是因为我们在地球上会受到地球重力的束缚,所以我们在一般情况下是没法离开地球的。虽然我们会受到地球的引力,但是我们在跟着地球自转时,也会产生一个离心力。如果我们的速度足够快,当产生的离心力可以和重力抗衡时,意味着我们可以摆脱地球引力的束缚,离开地球。以我们当前的科技,目前只能借助运载火箭才能达到这样的速度,所以我们发射卫星、飞船,都是用运载火箭发射升空的。

同样的道理,如果我们实施载人登陆月球,当宇航员离开月球返回地球时,也需要摆脱月球的引力。问题是,我们在地球上需要大型运载火箭才能摆脱地球的引力,在月球上并没有火箭发射场,也没有大推力运载火箭,载人登月飞船是怎么从月球返回地球的呢?

我们受到的重力,在不同星球是不同的,我们地球质量较大,所以我们受到的重力相对较大,而月球的质量相对较小,意味着我们在月球表面受到的重力相对较小。重力越小,意味着逃逸速度也会越小。在我们地球上,发射环绕地球轨道飞行的卫星需要达到第一宇宙速度7.9公里每秒,发射星际探测器需要达到第二宇宙速度(即逃逸速度)11.2公里每秒以上。由于月球的引力较小,所以月球的逃逸速度相对较小,大约为2.4公里每秒,月球第一宇宙速度就更小了。

除此之外,虽然月球离我们地球的平均距离大约为38万公里,但是月球还在我们地球的引力范围,意味着我们在月球表面还会受到地球的引力。所以,在月球上面发射轨道飞行器就更容易了。最重要的是,在月球没有浓密的大气层,意味着在月球表面真空环境中发射飞船,不会受到大气阻力,所以在月球表面,飞船只需要稍微加大推力,就可以达到环绕月球的第一宇宙速度,进入月球轨道。

在50年前阿波罗载人登月项目中,载人飞船到达月球轨道以后,只是释放了一个着陆器,将宇航员及上升段送上月球表面,飞船则留在月球轨道等待宇航员的归来。当宇航员完成月球表面的任务以后,就会乘坐上升段进入月球轨道。由于月球引力较小,也没有空气阻力,所以在抛弃着陆器等物体以后,上升段的质量已经非常小,只需要稍微加大推力即可达到月球的第一宇宙速度,进入月球轨道与飞船对接。而月球轨道飞船在接到宇航员后,也只需要稍微加大推力,就可以超过月球的逃逸速度,摆脱月球的引力,向地球飞回来。