Was bedeutet die 1 und 2 kosmische Geschwindigkeit?

Kosmische Geschwindigkeiten: Flucht aus dem Erdschwerefeld

Die Erforschung des Weltraums ist untrennbar mit dem Verständnis kosmischer Geschwindigkeiten verbunden. Diese Geschwindigkeiten markieren kritische Schwellenwerte, die darüber entscheiden, ob ein Objekt die Erde umkreist, entkommt oder sogar auf einer offenen Bahn durch das Sonnensystem rast. Dabei geht es nicht um eine bloße Geschwindigkeit, sondern um die Geschwindigkeitskomponente, die senkrecht zur Erdoberfläche gerichtet ist. Eine horizontale Bewegung allein reicht nicht aus.

Die erste kosmische Geschwindigkeit (v₁), auch Kreisbahngeschwindigkeit genannt, ist die minimale Geschwindigkeit, die ein Körper benötigt, um eine stabile kreisförmige Umlaufbahn um die Erde zu erreichen. Dabei muss die Zentripetalbeschleunigung, die den Körper zur Erde zieht, exakt durch die Gravitationskraft ausgeglichen werden. Jeder Geschwindigkeitsverlust führt zum Absturz, während eine höhere Geschwindigkeit eine elliptische Umlaufbahn zur Folge hat, bei der die Erde in einem der Brennpunkte der Ellipse liegt. Die erste kosmische Geschwindigkeit beträgt in etwa 7,9 km/s in einer Höhe von ca. 200 km über der Erdoberfläche. Diese Geschwindigkeit variiert geringfügig mit der Höhe über dem Erdboden, da die Gravitationskraft mit der Entfernung abnimmt. Satelliten, die in niedrigen Erdumlaufbahnen operieren, benötigen daher Geschwindigkeiten in diesem Bereich.

Die zweite kosmische Geschwindigkeit (v₂), auch Fluchtgeschwindigkeit genannt, ist die minimale Geschwindigkeit, die ein Körper benötigt, um der Erdanziehungskraft vollständig zu entkommen und auf einer unbegrenzten Bahn ins All zu gelangen. Im Gegensatz zur ersten kosmischen Geschwindigkeit, die eine geschlossene Bahn beschreibt, resultiert die zweite kosmische Geschwindigkeit in einer parabolischen oder hyperbolischen Flugbahn. Ein Körper, der mit der zweiten kosmischen Geschwindigkeit gestartet wird, wird sich dem Einfluss der Erdanziehungskraft stetig entziehen, seine Geschwindigkeit jedoch aufgrund der kontinuierlichen Gravitationseffekte der Sonne und anderer Himmelskörper verändern. Die zweite kosmische Geschwindigkeit beträgt ungefähr 11,2 km/s an der Erdoberfläche. Auch hier gilt: Je höher der Startpunkt, desto geringer die benötigte Fluchtgeschwindigkeit.

Es ist wichtig zu verstehen, dass diese Geschwindigkeiten nur die minimal benötigten Werte darstellen. Ein Raumfahrzeug könnte beispielsweise mit einer deutlich höheren Geschwindigkeit als v₂ starten, um schneller sein Ziel zu erreichen. Die genaue benötigte Geschwindigkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise dem Startort, dem Zielort und der gewünschten Flugbahn.

Die Kenntnis der kosmischen Geschwindigkeiten ist fundamental für das Design und die Planung von Raumfahrtmissionen. Ohne ein präzises Verständnis dieser Parameter wäre ein sicheres und effizientes Erreichen von Erdumlaufbahnen oder interplanetaren Zielen unmöglich. Die präzise Berechnung dieser Geschwindigkeiten erfordert die Berücksichtigung verschiedener Faktoren, einschließlich der Erdrotation und der Luftreibung in den unteren Atmosphärenschichten.