为什么卫星不会掉下来

先回答标题的问题：卫星当然在「掉」，而且每时每刻都在掉。 国际空间站上的宇航员、绕地球飞的每一颗卫星，都处于不折不扣的自由落体状态。 它们没有掉到地上，不是因为「太空没有重力」——在 400 km 高度，地球引力仍有地面的约 89%——而是因为它们横向飞得太快了。

牛顿在 300 多年前就用一个思想实验讲清楚了这件事：想象在一座高山上架一门大炮，水平开火。 炮弹速度越快，落点越远；当速度快到某个临界值，地面的弯曲程度恰好跟上炮弹下坠的程度—— 炮弹一直在坠落，却永远落不到地上。这就是轨道。

「足够快」到底是多快？让引力恰好充当圆周运动的向心力，就能解出贴地圆轨道所需的速度：

这就是第一宇宙速度(first cosmic velocity)。注意它是横向速度：往上扔多高都没用，关键是水平方向要够快。 民航客机约 0.25 km/s，步枪子弹约 1 km/s，而入轨需要 7.9 km/s—— 这个巨大的差距就是「上太空难」的根源，也是第 2 章火箭方程要解决的问题。

公式里 r 在分母下面，藏着一个反直觉的事实：轨道越高，卫星飞得越慢。 400 km 高度的国际空间站要 7.7 km/s、90 分钟绕一圈；而 35786 km 高度的同步卫星只要 3.1 km/s，一圈正好一天。用下面的实验台自己拖一遍，感受会深得多。

35786 km 是一个非常特殊的高度：轨道周期恰好等于地球自转周期，卫星「悬停」在赤道上空同一点。 你家楼顶的卫星电视锅之所以不用转动追星，就是因为它对准的是这样一颗地球静止轨道(GEO)卫星。

按高度给轨道分层，就像云厂商按延迟给机房分区。每一层都有自己的「典型租户」：

想直观感受「入轨」是什么样子，可以看一次真实的发射任务直播回放——注意二级发动机关机、 确认入轨的那一刻，以及最后卫星像发扑克牌一样被释放出去：

最后澄清本章开头埋的伏笔。空间站里的宇航员飘起来，不是因为那里没有引力（还有地面的 89%），而是因为他们和空间站在一起自由落体。你和电梯一起往下掉时， 体重秤读数为零——不是重力消失了，是秤和你之间没有了支撑力。 轨道上的「失重」就是这个状态的无限延续：永远在掉，永远掉不到底。

数据说明本章数字口径：第一宇宙速度 7.9 km/s 为地表理想圆轨道值；400 km 高度引力约为地面 89% 由平方反比律计算（(6371/6771)²）；GEO 高度 35786 km 对应恒星日周期 23 时 56 分。