文有仁朱毅麟

牛顿的大炮

早在十七世纪，英国的大科学家牛顿，就提出了克服地球引力的办法。在一本书里，他写了这样一段话：

“如果在山顶上架起一门大炮，用火药的力量把一颗炮弹按水平方向射出去，炮弹在落到地面以前，会沿着一条曲线飞过一段距离。假设没有空气的阻力，我们使炮弹的速度增加一倍，它飞行的距离也差不多增加一倍；如果速度增加十倍，飞行的距离也会增加十倍。只要增加速度，就可以任意增加飞行的距离。因此，只要把速度加大到一定程度，就可以使炮弹绕着地球转，甚至飞入宇宙空间，直到无限远。”

这就是说，只要有足够的速度，炮弹就可以绕着地球飞行，而不掉到地面上来。一句话，加快速度可以克服地球引力。

为什么有了足够的速度，就可以克服地球引力呢？

在空中飞行的物体，被地球引力拉着往下掉，在第一秒钟内，它要往下掉4.9米。我们知道，地球是球形的，半径是6371公里。每走过7.9公里，地面就要向里弯进4.9米，要是炮弹飞得很快，一秒钟走7.9公里，那么，尽管在第一秒钟内，它掉下了4.9米，而在它飞过的这一段路程上，地面也向里弯了4.9米。结果，炮弹同地面的距离仍然没有改变。这样，虽然炮弹不断地往下掉，可是它始终掉不到地面上来，好像月球一样，老是环绕着地球转圈子，成了地球的一颗卫星——一颗人造的卫星。

三个宇宙速度

从牛顿的假想，我们已经可以知道，当炮弹的速度达到每秒钟7.9公里的时候，它就能环绕地球不断地转圈子。

每秒钟7.9公里，这个速度叫做环绕速度，也叫做第一宇宙速度。

要是炮弹飞得更快一些，会发生什么情况呢？

炮弹飞得越快，它的飞行路线弯曲得越慢，比地球表面还平。越飞离地面越远，但是速度也就逐渐减低，减到一定程度就又会被地球拉回来，转一个大弯子。当它的速度达到每秒钟11.2公里的时候，地球的引力就拉不住它了。也就是说，它摆脱了地球的引力，真的飞出地球去了。

每秒钟11.2公里，这个速度叫做脱离速度，也叫做第二宇宙速度。

炮弹达到了第二宇宙速度，摆脱了地球引力，是不是就可以随意乱跑呢？

不成，还有太阳的引力在拉着它。它只能像地球、金星、火星等行星一样，环绕着太阳转圈子，成为太阳的一颗新行星——一颗人造的行星。

要使炮弹摆脱太阳的引力，还得加快它的速度，至少要达到每秒钟16.7公里。

每秒钟16.7公里，这个速度就叫做第三宇宙速度。炮弹如果能达到这个速度，就可以飞出太阳系，到无边无际的宇宙深处去了。

你瞧，速度在这里有多么重要啊！

每秒钟7.9公里，这是不让地球引力拉下来的最起码的速度。还要记住的是，这个速度是水平方向的。如果垂直向上打，即使炮弹达到每秒钟7.9公里的速度，最后还是要掉回地面。

每秒钟7.9公里的速度，比汽车、火车快二百多倍，比现代超音速喷气式飞机还快十倍。用这样的速度从北京飞到拉萨，只要五分钟，绕地球一圈，走4万公里，还不到一个半小时。

普通炮弹射出炮口的时候，它的速度有多大呢？只有每秒钟1公里左右，和每秒钟7.9公里相比还差得远着哩!

能不能使炮弹的速度达到每秒钟7.9公里呢？

要这样做，只有两条路可以走：一条是使炮弹射出炮口的时候，速度就达到每秒钟7.9公里；另一条是在炮弹射出炮口以后，使炮弹的速度逐渐加快到每秒钟7.9公里。

你一定知道，炮弹是靠装在炮膛里的火药爆炸的力量推出炮口来的。要使炮弹射出炮口的时候，速度增加近七倍，就得用一种非常猛烈的火药。这种火药现在还没有找到，即便将来能找到，炮筒也受不了。

那么，能不能在炮弹飞出炮口以后，逐渐加快它的速度呢？

这也办不到。因为炮弹本身没有动力装置，也不带燃料，它射出炮口的时候速度有多快，以后至多只能保持这个速度。

所以，人们要飞出地球去，必须找到另一种飞行工具。这种飞行工具得具备两个最基本的条件：

第一，它不依赖空气。也就是说，它能够在真空的环境中飞行。

第二，它本身有动力装置和燃料。在飞行的时候，它自己能够逐渐加快速度。

有没有这样的飞行工具呢？

有。我们在春节里玩的“钻天”，就是这种飞行工具的祖先。

(选自《飞向星星》，1979年)