英国物理学家牛顿在研究万有引力时发现,如果一颗炮弹的飞行速度达到7.9公里每秒,便可以克服地心引力,进入环绕地球的轨道,成为一颗人造卫星。地球上的所有事物之所以被固定在地面,是因为地心引力作用。理论上,只要超过第一宇宙速度,即7.9公里每秒,任何东西都可以脱离地球如同运载火箭般进入太空。
然而,如果火箭的速度降到每秒1米,它还能摆脱地心引力吗?目前,火箭的高速依赖于其推进方式和燃料,以达到在最短时间实现最大加速度,在燃料耗尽前冲出地球。因此,对于当前的化学动力火箭,7.9公里每秒是必须达到的速度。
未来如果人类能掌握反重力技术或建造太空电梯,那么火箭以每秒1米的速度匀速上升也可以突破地心引力。这时,如果火箭采用反重力推进,不仅能缓慢上升至太空,乘客也无需承受加速度的影响。
即便没有反重力,只要未来发动机的推重比足够高,火箭也能以非常低的速度对抗地心引力,最终到达太空。理论上,若火箭坚固到可以头朝下穿过地球,也能实现脱离轨道,因为地球是球形的。
目前,人类依然依靠火箭往返太空,这过程类似于骑自行车上坡,将速度迅速提高以一举冲顶。若火箭初始速度不足以离开地球,就需要发动机持续对抗地心引力,提供强大推力。实际上,这种大推力发动机一旦出现,其速度也会超过7.9公里每秒,根本不必低速航行。
如果发动机足够强劲,持续抵抗地心引力,即使以每秒1米的速度,火箭也能离开地球,只是所需燃料将非常庞大。
在电影《流浪地球2》中,人类已放弃化学动力火箭,采用太空电梯作为主要手段。然而,影片中太空电梯的速度依然很快,乘客需穿抗压服,并未如我们想象的以每秒1米的速度缓缓升空。
这是因为从地面到太空距离遥远,以100公里的卡门线作为界线来说,太空电梯以每秒1米的速度,需要10万秒才能进入太空,约为27.78小时。这种缓慢速度显然难以接受。
因此,将来真正实现的太空电梯,其速度必不会是每秒1米的低速模式,而是维持适当匀速上升,既降低乘客承受的加速度,又能迅速进入太空失重状态。