中國人即將在太空邁出的第一步令人期待,而太空中的一切是如此神奇而讓人好奇。
焦維新教授說,要了解宇航員太空行走,首先要弄清楚究竟什么是第一宇宙速度。地球?qū)θ魏挝矬w都有引力,因此物體被向上拋起時會落回地面,用多大速度將物體拋出后,它不會落回地面,而是圍繞地球運(yùn)動呢?經(jīng)過計算得出,使得物體在地球引力下圍繞地球做圓周運(yùn)動需要的最小速度,就是在距離地球300公里左右的地方以每秒約7.8公里的速度運(yùn)動,這個速度叫做第一宇宙速度。
神舟七號飛船發(fā)射時,在測試發(fā)射指顯大廳工作間,航天英雄楊利偉的工作場景…
航天員出艙后與飛船同速運(yùn)動
子彈和洲際導(dǎo)彈的速度都還無法達(dá)到第一宇宙速度,但所有的人造地球衛(wèi)星必須要具備第一宇宙速度,而楊利偉、費(fèi)俊龍、聶海勝以及此次神舟七號飛入太空后,3名航天員乘坐的航天飛船圍繞地球,都是以第一宇宙速度在圍繞地球進(jìn)行運(yùn)動。
焦維新教授介紹說,由于航天員一直和飛船以同一速度前進(jìn),在與飛船以同一速度進(jìn)入軌道后,由于慣性作用,航天員出艙后仍然會以和飛船相同的速度運(yùn)動。在出艙過程中,如果航天員碰到飛船,獲得一個反作用力而被拋離,那么,航天員在飛離飛船后會一直以這個速度在軌道內(nèi)運(yùn)動,但無法再回來。
“只要是進(jìn)入了這個繞地球飛行的軌道,就會以第一宇宙速度圍繞地球做圓周運(yùn)動,不光是飛船,處于軌道內(nèi)的太空垃圾等也在以第一宇宙速度的速度圍繞地球進(jìn)行運(yùn)動。”焦維新教授介紹說,不過,由于近地的太空中仍然有極其稀薄的大氣,這些太空垃圾及宇宙碎片等,由于受到大氣阻力軌道衰減,最后墜落入大氣層被燒毀。因此,在為飛船設(shè)計軌道時會盡量考慮到這些因素,不會讓軌道太高或者太低,太低容易造成軌道衰減,太高則會遭遇大量的粒子輻射。
他還介紹說,我們的飛船軌道處于近地200多公里及遠(yuǎn)地300多公里的范圍內(nèi),最初飛船是在橢圓形軌道內(nèi)運(yùn)行,之后經(jīng)過變軌將軌道調(diào)整為圓形,這樣做的好處是,圓形軌道上每一個點(diǎn)的速度大小均相同,便于測控和計算以及跟蹤,如果依然保持橢圓形軌道,那么,飛船在軌道上每個點(diǎn)的速度都不相同,因此不便于跟蹤。
人類飛船還不能擺脫太陽引力
焦維新說,在第一宇宙速度下,由于地球引力的作用,物體會圍繞地球做圓周運(yùn)動,如果物體要脫離地球引力場的束縛,去探測其他的天體,每秒需要達(dá)到的最小速度是11.2公里,這個速度叫做第二宇宙速度。
“如果我們在未來需要探測火星,那么,飛船就要以第二宇宙速度沖破地球引力的束縛前往火星,到達(dá)火星引力范圍后再進(jìn)行減速,以便被火星引力捕獲,再以火星的第一宇宙速度圍繞火星做圓周運(yùn)動。由于地球引力與火星引力不同,地球的第一宇宙速度也和火星的第一宇宙速度不同。”
至于第三宇宙速度,他介紹說,地球上發(fā)射的物體要擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系所需的最小初始速度為16.7千米/秒,這個速度就叫第三宇宙速度。如果人類的飛船要飛出太陽系,探索別的星系,就必須達(dá)到第三宇宙速度,但到目前為止,人類的飛船還未能完全脫離太陽引力的作用,因此,距離人類達(dá)到第三宇宙速度還為時過早。
今天下午,神州七號“1號”航天員將在隊(duì)友的協(xié)助下,穿上中國自行研制的飛天航天服,走出神七飛船,實(shí)現(xiàn)中國人在太空歷史性的第一步。
那么,當(dāng)航天員從神舟七號進(jìn)入太空后,為什么不會向地球大氣層墜落或者飛向茫茫太空呢?如果他在出艙過程中碰到飛船會發(fā)生什么?航天員自身圍繞地球運(yùn)動的速度是多少?在沒有安全帶保護(hù)的狀況下,航天員出艙后的速度是否會有變化?記者專門采訪了北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院焦維新教授,請他就這些科學(xué)問題進(jìn)行分析。 (記者趙琳琳)
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