地球具有强大的吸引力，这就是地心引力。在地心引力的作用下，靠近地球的一切物质都被吸引到地表及地球周围。即使以相当大的动力从地面向空中抛射物体，例如射向空中的炮弹，也终因地心引力作用，而落回到地面。要想使物体脱离地面，必须使它具有很高的线速度。

　　要把人造天体发射到太空，使之绕地球或绕太阳飞行，甚至在更遥远的太空沿轨道运行，就必须有很强大的发射动力，使人造天体获得很大的与飞行空间、轨道相应的线速度。这是发射人造天体的一个根本性问题。经过计算可知，发射人造天体，有三个临界速度，即第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

　　第一宇宙速度为7.9千米/秒（约相当于普通民航飞机飞行速度的20倍），它是物体克服地球引力，进入太空沿轨道运行的最低临界速度。向空中发射的物体，如果速度达到每秒种7.9千米以上，它将不会因地心引力作用返回地面，而是沿着一定运行轨道在太空飞行，成为人造天体。人造天体的飞行速度大于第一宇宙速度，而小于11.2千米/秒时，它将绕着地球飞行，其轨道为椭圆。速度越大，椭圆轨道就越扁。

　　第二宇宙速度为11.2千米/秒，是物体摆脱地球引力场作用，进入太阳系行星际空间飞行的最低临界速度。第二宇宙速度，也叫逃逸速度，物体获得了这样的速度，就能逃脱地球对它的束缚。当人造天体的速度大于第二宇宙速度，而小于每秒16.6千米时，它就不再是围绕地球运行的人造地球卫星，而是脱离地球引力场的范围，在太阳系内绕日运行，成为太阳系中的人造行星。

　　第三宇宙速度为16.6千米/秒，是物体摆脱太阳引力场作用，飞出太阳系运行的最低临界速度。如果人造天体获得了16.6千米/秒的飞行速度，就会克服太阳引力场对它的束缚，从而飞离太阳系，在更加遥远的宇宙空间运行。

　　图1－20三种宇宙速度

　　要使人造天体在预定的空间沿一定轨道运行，关键问题就是选择与之相应的宇宙速度，并在发射过程中，使之最终获得这样的飞行速度。

　　物体的飞行速度，来源于一定的推动力。要使人造天体获得每秒几至十几千米这样大的飞行速度，无疑，在发射时必须给它以巨大的推动力。

　　几十年来，发射到太空的人造天体成千成万，类型繁多。这些大大小小的各类人造天体，绝大多数是用具有强大推动力的运载工具——火箭送上运行轨道的。火箭发射过程中所产生的巨大推动力，来自它携带的推进剂的燃烧。

　　飞机发动和飞行的动力，来自燃烧剂和氧化剂的燃烧反应。飞机的燃烧剂也是自带的，但是它所用的氧化剂则是地球大气层中的氧气。因此，飞机只能在地球大气层以内飞行。而且，飞机所具备的动力，不足以使飞行器获得脱离地球的宇宙速度。

　　用火箭把人造天体送上处于真空状态的运行轨道，所需要的动力也来自燃烧剂和氧化剂的燃烧反应。显然，火箭的氧化剂，是不能依靠大气层供给的。火箭携带的推进剂不仅包括燃烧剂，而且包括氧化剂。

　　火箭发射时，它自带的燃烧剂和氧化剂，在极短时间内进行剧烈的化合燃烧，产生出大量高温、高压气体，从火箭尾部喷射出来，使火箭获得巨大的反冲力，以很快的速度飞离地面。在向太空飞行过程中，推进剂不断燃烧消耗，不断喷射高压气体而获得反冲推动力。因此，火箭本身的质量也就变得越来越小。这样，就使火箭飞行的速度越来越快。最后，它携带的推进剂消耗完了，火箭达到它的最大速度，所运载的人造天体也就获得了进入预定轨道飞行所需要的宇宙速度。于是，人造天体就可以保持这一速度，在地球大气层以外的太空沿轨道继续运行。

　　到目前为止，发射人造天体所使用的火箭都是多级火箭。多级火箭是两个以上火箭连结而成的。最下面的组成部分，叫做一级火箭，向上依次为二级火箭、三级火箭……。发射时，一级火箭首先点火。一级火箭的推进剂燃烧完时，二级火箭紧接着点火，推动火箭和运载物体继续加速飞行。二级火箭的推进剂消耗完了，三级火箭又紧接着点火。如同接力赛跑一样，使火箭在失去一级火箭推动力时，接着又获得另一级火箭提供的动力。而且，每级火箭在耗尽能源后，自动从火箭整体脱落。废弃物的脱落，也使火箭自身的质量不断减小，有利于火箭的不断加速。这样，也就使其获得越来越快的飞行速度。

　　目前使用的单级火箭推进剂，还不能产生足以使人造天体获得应有飞行速度的椎动力。因此，使用多级火箭发射人造天体是很必要的。多级火箭的应用，已经基本解决了太阳系以内人造天体发射的动力问题。但是，解决得还并不理想。用目前多级火箭推动力所提供的飞行速度，从地球飞抵最近的行星——金星，需要花费一百多天的时间。飞往其它行星，则需要更多天，甚至几年、十几年的时间。使用这样的火箭，向行星际空间乃至更加遥远的太空发射载人的宇宙飞船，其飞行速度显然是太慢了。

　　人类要飞向距地球遥远的行星，特别是要跨出太阳系，需要在发射动力问题方面进一步探索研究，创造出更为理想的运载工具和更快的发射飞行速度。人类要飞出太阳系到其它星系去，至少应使飞船具有每秒钟15万千米以上的飞行速度。目前，人们正在探讨把原子能用于人造天体的发射，制造动力更加强大而持久的运载火箭，即原子火箭。如果未来能用光子火箭发射人造天体，将能比较理想的使人类遨游太阳系以外的遥远太空。因为，如果真的有了这种运载工具，它将会使宇宙飞船获得与光速（30万千米/秒）相接近的飞行速度。然而，在目前，这样的火箭还不过是一种理论上的设想而已。