Bármilyen tárgy, feldobva, előbb-utóbb a föld felszínére kerül, legyen az kő, papírdarab vagy egyszerű toll. Ugyanakkor egy fél évszázaddal ezelőtt az űrbe felbocsátott műhold, egy űrállomás vagy a Hold tovább forog pályájukon, mintha egyáltalán nem hatna rájuk bolygónk gravitációs ereje. Miért történik ez? Miért nem fenyeget a Hold a Földre eséssel, és a Föld miért nem mozdul a Nap felé? Nem hat rájuk a gravitáció?
Az iskolai fizikatanfolyamból tudjuk, hogy az egyetemes gravitáció minden anyagi testre hatással van. Akkor logikus lenne azt feltételezni, hogy van egy bizonyos erő, amely semlegesíti a gravitáció hatását. Ezt az erőt centrifugálisnak nevezik. Könnyen érezhető a hatás, ha egy kis terhet kötünk a szál egyik végére, és körbeforgatjuk a kerület mentén. Ebben az esetben minél nagyobb a forgási sebesség, annál erősebb a menet feszültsége, illminél lassabban forgatjuk a terhet, annál valószínűbb, hogy leesik.
Így nagyon közel vagyunk a "kozmikus sebesség" fogalmához. Dióhéjban úgy írható le, mint az a sebesség, amely lehetővé teszi bármely objektum számára, hogy legyőzze az égitest gravitációját. Egy bolygó, annak műholdja, a Naprendszer vagy más rendszer működhet égitestként. Minden pályán mozgó objektumnak van térsebessége. Mellesleg, egy űrobjektum pályájának mérete és alakja attól függ, hogy az objektum mekkora sebességgel vett fel a hajtóművek kikapcsolásakor, valamint attól a magasságtól, amelyen ez az esemény bekövetkezett.
A térsebesség négyféle. Közülük a legkisebb az első. Ez a legkisebb sebesség, amellyel egy űrhajónak rendelkeznie kell ahhoz, hogy körpályára lépjen. Értéke a következő képlettel határozható meg:
V1=õ/r, ahol
µ - geocentrikus gravitációs állandó (µ=39860310(9) m3/s2);
r a kilövési pont és a Föld középpontja közötti távolság.
Mivel bolygónk alakja nem tökéletes golyó (a pólusokon kissé lapított), a középpont és a felszín közötti távolság az egyenlítőnél a legnagyobb - 6378.1 • 10(3) m, a pólusoknál pedig legkevésbé - 6356,8 • 10(3) m. Ha az átlagértéket - 6371 • 10(3) m-t vesszük, akkor V1 értéke 7,91 km/s.
Minél nagyobb mértékben haladja meg a kozmikus sebesség ezt az értéket, annál megnyúltabb lesz a pálya, mindenki számára távolodva a Földtőlnagyobb távolság. Egy bizonyos ponton ez a pálya megszakad, parabola formát ölt, és az űrszonda az űrbe kerül. Ahhoz, hogy elhagyja a bolygót, a hajónak a második térsebességgel kell rendelkeznie. Kiszámítható a V2=√2µ/r képlettel. Bolygónk esetében ez az érték 11,2 km/s.
A csillagászok már régóta meghatározták, hogy mekkora a kozmikus sebesség, mind az első, mind a második natív rendszerünk egyes bolygóinál. A fenti képletekkel könnyen kiszámíthatók, ha a µ állandót az fM szorzattal helyettesítjük, amelyben M a vizsgált égitest tömege, f pedig a gravitációs állandó (f=6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
A harmadik kozmikus sebesség lehetővé teszi bármely űrhajó számára, hogy legyőzze a Nap gravitációját, és elhagyja a natív Naprendszert. Ha a Naphoz viszonyítva számolja ki, akkor 42,1 km/s értéket kap. És ahhoz, hogy a Földről a napközeli pályára lépjen, 16,6 km/s-ra kell gyorsulnia.
És végül a negyedik kozmikus sebesség. Segítségével legyőzheti magának a galaxisnak a vonzerejét. Értéke a galaxis koordinátáitól függően változik. Tejútrendszerünk esetében ez az érték körülbelül 550 km/s (a Naphoz viszonyítva).