Швидкість ракети визначає, чи зможе апарат стати супутником Землі, покинути її гравітаційне поле або досягти інших планет. Ця величина залежить від маси тіла, відстані до центру планети та тяги двигунів. Для низької навколоземної орбіти потрібно близько 7,8–7,9 км/с, а щоб остаточно вирватися з земного тяжіння — уже 11,2 км/с.
У сучасних запусках, зокрема ракетами-носіями типу Falcon 9, горизонтальна швидкість набирається за 8–10 хвилин. На цей час припадає основна робота двигунів, після чого апарат переходить у вільний політ. Фізика процесу базується на формулі Ціолковського, яка пов’язує кінцеву швидкість із відношенням початкової та кінцевої мас ракети та швидкістю витікання газів.
Балістичні та гіперзвукові системи досягають порівнянних або навіть вищих показників на окремих ділянках траєкторії, але їхні профілі польоту суттєво відрізняються від орбітальних. Нижче розберемо основні значення, формули та практичні приклади станом на 2026 рік.
Перша космічна швидкість
Перша космічна швидкість, або колова, — це мінімальна швидкість, яку треба надати тілу, щоб воно рухалося навколо планети по круговій орбіті і не падало на поверхню. Для орбіти поблизу поверхні Землі вона дорівнює приблизно 7,91 км/с. Формула виглядає так: v₁ = √(GM / R), де G — гравітаційна стала, M — маса Землі, R — радіус орбіти.
Зі збільшенням висоти значення зменшується. На висоті 300 км перша космічна швидкість становить близько 7,73 км/с, а на 1000 км — уже 7,35 км/с. Саме цю швидкість набирають сучасні ракети-носії, щоб вивести супутники на низьку орбіту. Falcon 9 і Starship у 2025–2026 роках стабільно досягають 7,8 км/с за 8–10 хвилин польоту.
Для будь-якого космічного апарата орбітальна швидкість задається гравітацією Землі і не залежить від розміру самої ракети — двигуни лише забезпечують необхідний запас швидкості, долаючи опір атмосфери та гравітаційні втрати.
Друга і третя космічні швидкості
Друга космічна швидкість дозволяє тілу назавжди покинути гравітаційне поле Землі. Вона дорівнює √2 × v₁ і становить 11,2 км/с біля поверхні. Тіло, яке набрало таку швидкість, рухається по параболічній траєкторії. Якщо швидкість ще вища, траєкторія стає гіперболічною.
Третя космічна швидкість потрібна для виходу за межі Сонячної системи. При оптимальному використанні орбітального руху Землі достатньо близько 16,7 км/с відносно планети. Без гравітаційних маневрів значення значно вище. Зонди типу Parker Solar Probe досягали рекордних швидкостей відносно Сонця завдяки серії прольотів поблизу планет.
Практично жодна сучасна ракета не стартує безпосередньо з другою чи третьою космічною швидкістю з поверхні. Багатоступеневі конструкції накопичують швидкість поетапно, скидаючи відпрацьовані ступені.
Формула Ціолковського та реальний розгін
Кінцева швидкість ракети у вакуумі без зовнішніх сил описується формулою Ціолковського: v = u · ln(m₀ / mₖ), де u — швидкість витікання газів, m₀ — початкова маса, mₖ — кінцева маса після вигоряння палива. У реальних умовах доводиться враховувати гравітаційні та аеродинамічні втрати, тому фактична швидкість нижча за характеристичну.
Швидкість витікання сучасних двигунів коливається від 3,2 км/с на рівні моря до 3,7 км/с у вакуумі для двигунів Raptor. Багатоступеневі ракети дозволяють збільшити відношення мас і тим самим підвищити кінцеву швидкість. Саме тому перша ступінь Falcon 9 відокремлюється вже на висоті близько 70 км, а друга доводить корисне навантаження до орбітальної швидкості.
Швидкість балістичних і гіперзвукових ракет
Балістичні ракети на активній ділянці розганяються до 2–8 км/с залежно від дальності. Міжконтинентальні моделі на маршовій фазі рухаються зі швидкістю 6–7 км/с, а при вході в атмосферу зберігають 6–8 км/с. Термінальна ділянка супроводжується сильним гальмуванням і нагріванням до тисяч градусів.
Гіперзвукові системи визначаються швидкістю понад 5 Махів (близько 1,7 км/с і вище) і здатністю маневрувати в атмосфері. На відміну від класичних балістичних, вони більшу частину польоту проводять на менших висотах і можуть змінювати траєкторію. Типові значення для сучасних розробок лежать у діапазоні Mach 5–10, хоча окремі планери на початковому етапі досягають значно вищих показників.
| Тип швидкості / системи | Значення | Умови / примітка |
|---|---|---|
| Перша космічна (Земля) | 7,91 км/с | Поблизу поверхні, кругова орбіта |
| Друга космічна (Земля) | 11,2 км/с | Вихід із гравітаційного поля |
| Третя космічна | ~16,7 км/с | Вихід із Сонячної системи (оптимально) |
| Falcon 9 / Starship (LEO) | ~7,8 км/с | Низька орбіта, 8–10 хвилин розгону |
| Міжконтинентальні балістичні | 6–8 км/с | Маршова та термінальна фази |
| Гіперзвукові (Mach 5+) | >1,7 км/с | Атмосферний маневрний політ |
Дані таблиці узгоджені з матеріалами української Вікіпедії та відкритими звітами космічних агентств станом на 2026 рік.
Вплив атмосфери та висоти
На старті ракета долає щільні шари атмосфери, де опір повітря значний. Після проходження лінії Кармана (100 км) аеродинамічні втрати практично зникають. На висоті 80–90 км уже починаються реєстровані перевантаження при спуску з орбітальною швидкістю. Плазмова оболонка, що утворюється при гіперзвуковому вході, блокує радіозв’язок і ускладнює наведення.
Швидкість звуку на рівні моря становить близько 340 м/с, тому Mach 1 — це приблизно 1225 км/год. Орбітальна швидкість відповідає приблизно Mach 25 на висотах реентрі, але в космосі поняття числа Маха втрачає сенс, бо немає повітря.
Реальний профіль швидкості ракети ніколи не є прямою лінією: спочатку йде повільний розгін біля стартового столу (десятки метрів за секунду), потім стрімке зростання до кількох кілометрів за секунду, і нарешті вихід на стабільну орбітальну швидкість.
Практичні приклади 2025–2026 років
Starship у тестових польотах 2025–2026 років досягав пікових значень близько 26 500 км/год, наближаючись до повної орбітальної швидкості 28 000 км/год. Перша ступінь Super Heavy розганяється лише до 1,8–2,2 км/с і повертається, тоді як верхній ступінь продовжує набір швидкості. Falcon 9 залишається робочою конячкою: понад 600 успішних орбітальних запусків і стабільний вихід на 7,8 км/с.
Для міжпланетних місій потрібен додатковий запас швидкості. Зонди, що летять до зовнішніх планет, використовують гравітаційні маневри, щоб збільшити швидкість без додаткового палива. Parker Solar Probe утримує рекорд швидкості відносно Сонця — понад 190 км/с.
Швидкість ракети — це не просто цифра в таблиці. Вона визначає конструкцію ступенів, вибір палива, теплозахист і навіть стратегію повернення. Розуміння цих параметрів дозволяє точніше планувати як космічні місії, так і оцінку можливостей сучасних балістичних систем.