卫星为什么掉不下来

席金合

你站在地面上扔一个球，由于受到地球引力作用，球飞一段距离就落回地面，飞行路线是弧线。如果你扔的力气小，球飞行速度小，会在近处落下来；如果你扔的力气再大一点，球飞行速度会更大，会飞到更远的地方才落地。如果有一位超级大力士能把球以7.9千米/秒的速度扔出，那么球的飞行路线会正好与地面平行。这时，奇迹就发生了，球不落下来，而是围绕地球转，并一直这样运行，就像地球的一颗小卫星。

说到这里，你肯定感觉7.9千米/秒这个速度太神奇了。是的，在理想状态下，地球的卫星无需燃料提供动力，就能以這个速度自行围绕地球永不停息地运转。即使卫星飞到最后散架了，分裂成许多碎片，这些碎片依然能沿着原来的轨道飞行，变成人们常说的太空垃圾。

对于一个物体来说，如果它的速度达到7.9千米/秒且它不受其他外力作用，它就不会落回地面；如果它的速度再增加到一定值，它会永远离开地球，变成与地球并行的“兄弟”，共同围绕太阳转……7.9千米/秒这个速度可以说是地面物体进入宇宙的第一道“门槛”，所以被称为第一宇宙速度。

道理说起来简单，做起来却很难。子弹和炮弹出膛速度够快吧？其实，它们这时的速度一般小于2千米/秒。所以，发射卫星时，人类必须用大推力火箭帮忙，使其达到第一宇宙速度后入绕地轨道，卫星便会按要求自动运行。

人们认为扔出去的东西掉下来是天经地义的事，这是因为人们长期生活在地球上形成了思维定式。如果在太空中，一个被扔出去的物体并不会落下。当它在地球附近且速度达到第一宇宙速度时，它会一直环绕地球运行（忽略大气阻力等因素），这就是卫星不会掉下来的原理。

看到这里，也许你要问第一宇宙速度为什么是7.9千米/秒，而不是别的数值。这个问题很复杂，涉及深奥的力学知识。如果我用一句话简单回答，那就是——这个数值与地球的质量、万有引力常数、半径直接相关，与半径成反比。等你考上高中后，物理老师会讲得一清二楚，还能教你运用有关数据推算出这个数值。到时候，你会领悟科学的奇妙和有趣。

最后，值得一提的是，在现实世界里，一般情况下，卫星的速度略小于7.9千米/秒。为什么呢？上文提到计算第一宇宙速度的公式中有半径这个因素。第一宇宙速度指一个物体贴着海平面飞行（不考虑空气升力和阻力）时不落回地面的速度。实际情况下，没有一颗卫星能以如此快的速度贴着海平面飞行，人们需要将它发射到100千米以上的区域。这时，半径变大，卫星的速度也就要变。

从2021年6月17日至今，我们的天宫空间站已经迎来了两批“居民”。天宫空间站每天绕地球运行约15圈，约1.5小时绕一圈，速度约为7.68千米/秒。细心的你肯定发现了，这个速度也略小于第一宇宙速度。天宫空间站的飞行高度为383.7千米～393.7千米，它绕地球运行的轨道半径比地球半径略大，所以速度自然不等于7.9千米/秒。