牛頓大炮

早在300多年前，牛頓就提出過一個設想，在一座高山上架一座大炮，大炮的炮口與水平面平行向前射出炮彈。不考慮空氣阻力並假設沒有任何高山或者建築物遮擋，那麼炮彈的速度越高，炮彈落點將越遠（這不廢話嗎）。這個結論很直觀 ，那如果把地球的曲率考慮進來呢？也就是說地面不是平面，而是球面，炮彈速度越高，依然落點越遠，但是存在一個臨界值，炮彈速度達到這個值之後炮彈繞著地球飛，永遠不會掉下來。簡單可以理解為炮彈飛行中由引力導致的炮彈高度降低與地面彎曲程度正好抵消。是不很神奇，又很熟悉，是的這就是牛頓提出萬有引力定律時構想的著名的思想實驗。

這個臨界速度是多快呢——約7。9公里每秒（這個數其實和環繞的星球引力以及炮彈飛行的高度相關），這個數字可能不直觀，我們將它這算成我們開車慣用的時速是28440公里每小時，差不多是一小時繞地球四分之三圈吧。這也是我們當前發射衛星飛船使用的最基本的飛行力學原理。

那有的人就問了，火箭發射飛船可是朝天往上飛的，而不是牛頓說的架個大炮水平往前打啊？

火箭發射衛星入軌的飛行過程

實際中我們用火箭發射衛星，為了便於發射以及讓火箭快速飛出稠密大氣層減小大氣阻力帶來的能量損失，我們都採取的垂直髮射。在飛行過逐步的調整方向使火箭進行轉彎，最終實現水平飛行。下面這個圖就很形象的展示出火箭飛行的整個過程。

這張延時攝影更直觀的拍攝出火箭飛行軌跡，可以看出火箭在飛行中逐步轉彎的軌跡趨勢。

我做了張簡單的示意圖，展示出了火箭發射衛星入軌的過程。

衛星在天上不同的飛法

剛說過衛星入軌的速度約為7。9公里每秒，這個數其實和環繞的星球引力以及飛行的高度相關。

（1）與星球引力的關係

首先我們先說一下這個速度與不同星球引力的關係，月球的第一宇宙速度1。68公里每秒，火星的第一宇宙速度為3。53公里每秒，基本規律是引力越大這個速度越大。

（2）與衛星飛行高度的關係

飛行高度越高，這個速度越小，當高度足夠高時，衛星飛行速度與地球旋轉剛好一致時，我們從地面看衛星彷彿靜止不動，那這個衛星軌道就叫地球靜止軌道，這個高度很高，基本上在離地面35786公里的高度，這個高度比繞地球一圈的長度稍微短一丟丟吧。

（3）那麼有第一宇宙速度，第二宇宙速度是什麼、第三、第四、第五呢……

如果衛星飛行速度超出第一宇宙速度但超的又不多，還未掙脫地球引力，還能繞著地球飛，這時衛星飛行軌道差不多是一個大橢圓，遠地點很遠。速度越大這個遠地點就越高，當速度達到某個臨界值時遠地點無窮遠時（也就是衛星飛出了地球引力束縛了），這個速度就是第二宇宙速度，也叫做逃逸速度。相應的第一宇宙速度又叫環繞速度。（好像比第一 第二的叫法更直觀）。同理，第三宇宙速度就是太陽的逃逸速度大約是16。7公里每秒。第四宇宙速度是飛出銀河系的逃逸速度大約是550公里每秒。第五宇宙速度是本星群系的逃逸速度約2000公里每秒。

黑洞

第五宇宙速度的這個速度好大，是不快接近光速了？沒有，還遠著呢。光速約是300000（30個W）公里每秒。那有人就大膽的設想，宇宙中是否存在一種星體，它的引力超大，以至於它的逃逸速度都比光速還快，光都逃脫不了它的束縛。有，那就是黑洞，由於光都無法逃逸出來，因此看上去就是一團絕對的”黑“，所以叫黑洞，但是並不是洞，其實也是一個星體形，狀基本也是個圓球。扯遠了，不好意思。

總結

文章標題的謎底揭曉了，衛星和飛船在天上飛，掉不下來靠的是——速度。