Nhà vật lý người Anh Isaac Newton, trong khi nghiên cứu về trọng lực và cách vận hành của các thiên thể, đã phát hiện ra rằng nếu một viên đạn đại bác đạt tốc độ 7,9 km/giây, nó có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất và quay quanh hành tinh như một vệ tinh nhân tạo.

Lý do khiến mọi vật trên Trái Đất đều bám chắc vào mặt đất là do lực hấp dẫn, giữ cho các vật thể không bị rơi xuống.

Về lý thuyết, việc vượt qua vận tốc 7,9 km/giây, được gọi là vận tốc vũ trụ thứ nhất, cho phép bất cứ thứ gì trên Trái đất có thể bay vào không gian, giống như các tên lửa vận chuyển hiện đại.

Nhưng liệu một tên lửa có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất và bay vào không gian chỉ với tốc độ 1 mét/giây? Câu trả lời là có.

Tốc độ cao của tên lửa phụ thuộc vào phương pháp đẩy và nhiên liệu. Mục tiêu là đạt được gia tốc tối đa trong thời gian ngắn nhất có thể trước khi cạn kiệt nhiên liệu. Đối với các tên lửa sử dụng nhiên liệu hóa học hiện nay, đạt được tốc độ 7,9 km/s là một cột mốc quan trọng.

Trong tương lai, nếu nhân loại làm chủ được công nghệ chống trọng lực hoặc xây dựng được thang máy vũ trụ, tên lửa có thể đạt được tốc độ bay lên ổn định, chậm rãi ở mức 1 mét mỗi giây mà không gây ra gia tốc lớn cho hành khách. Điều này sẽ thay đổi đáng kể động lực của du hành vũ trụ.

Ngay cả khi không có lực phản trọng lực, một động cơ đủ mạnh với tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cao có thể cho phép phương tiện phóng dần dần vượt qua trọng lực và đi vào không gian với tốc độ chậm hơn. Với một tên lửa mạnh mẽ, nó thậm chí có thể xuyên qua Trái đất và bay ra ngoài không gian.

Tương tự, nếu tốc độ ban đầu của tên lửa không đủ nhanh và nó muốn thoát khỏi Trái Đất, nó phải liên tục chống lại lực hấp dẫn của Trái Đất bằng lực đẩy mạnh.

Nếu động cơ có thể cung cấp lực đẩy đáng kể trong thời gian dài, ngay cả một tên lửa có vận tốc 1 m/s cũng có thể rời khỏi Trái Đất, mặc dù điều đó sẽ đòi hỏi một lượng nhiên liệu khổng lồ.

Giả sử bạn muốn phóng một vệ tinh vào quỹ đạo Trái Đất. Tên lửa sẽ được phóng, và khi đạt đến một khoảng cách nhất định so với Trái Đất, nó sẽ thả vệ tinh.

Lý do vệ tinh này duy trì được trên quỹ đạo là vì nó giữ lại động lượng mà nó thu được khi tên lửa đẩy nó theo một hướng, trong khi lực hấp dẫn của Trái Đất kéo nó theo hướng khác. Sự cân bằng giữa lực hấp dẫn và động lượng giữ cho vệ tinh duy trì trên quỹ đạo quanh Trái Đất.

Các vệ tinh ở quỹ đạo gần Trái Đất chịu lực hấp dẫn mạnh mẽ của hành tinh chúng ta. Để duy trì quỹ đạo, chúng phải di chuyển nhanh hơn các vệ tinh ở quỹ đạo xa Trái Đất hơn.

Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) quay quanh Trái Đất ở độ cao khoảng 250 dặm, với tốc độ xấp xỉ 17.150 dặm/giờ.