我们乘坐的飞机只能在大气层里航行，哪怕是最先进的飞机也飞不出地球去。由于地球的吸引力像一条看不见的绳索，牢牢地拴着地球上的每一个物体，要想挣脱地球的引力绕着地球转圈子，飞机的速度必须达到每秒7.9千米。如果要飞出地球到其他行星去，所需要的速度还要高，要达到每秒11.2千米。目前，飞机最高时速是3523千米，也就是每秒0.98千米，大约只有第一宇宙速度每秒7.9千米的1/8。这种速度是无论如何也飞不出地球去的。那么，什么样的飞行器才能飞出地球去呢？
这个想法其实并不新鲜。早在700多年以前，我国劳动人民就发明了火箭。那时的火箭很简单，在箭杆上绑上一个火药筒，筒里的火药点着了，向后喷出炽热的气体，产生了反作用力，于是火药筒就带着箭向前飞去了。
为什么只有火箭才能进行宇宙航行呢？
我们知道，一般的交通工具都是利用别的物体的反作用力前进的。只有火箭是依靠自己喷出的气体所产生的反作用力前进的。它不用空气助燃，完全可以在真空里飞行。所以，只有火箭才适合作宇宙航行的交通工具。但是，把火箭实际应用于宇宙航行并不容易，人们花了五十多年的时间，才于1959年发射了世界上第一颗人造卫星，才拉开了人类宇宙航行的帷幕。
这是因为需要解决推进剂和火箭速度的问题。推进剂包括燃料和氧化剂。火箭是依靠推进剂燃烧喷出燃气产生反作用力而前进的，因此燃料就必须具有能量高、重量轻、容积小的特点。科学家经过长时间的研究，才找到了液体氢、苯胺以及某些能燃烧的金属等许多新的燃料。与此同时，人们还找到了液氧来做氧化剂助燃。
火箭要达到每秒7.9千米的第一宇宙速度或每秒11.2千米的第二宇宙速度，靠一支火箭是根本不可能的。科学家们进而提出了接力赛的办法，于是多级火箭便诞生了。目前的巨型火箭都是多级的，能够以更高的速度把更重的物体送上太空。
100多年前，法国作家儒勒•凡尔纳写了一本科学幻想小说《从地球到月球》。小说中说：美国有个俱乐部，造了一门巨型大炮，炮筒有300米长，炮弹的弹壳有30厘米厚。炮弹里坐着三个人。“轰”的一炮，炮弹就把这三个人送到了月球上。
乘着炮弹能飞出地球，登上月球吗？不能。往天上打的炮弹就像往上抛的一块石头一样，最后总要落回到地面来，依然摆脱不了地球的引力。
早在17世纪末，英国物理学家牛顿，在前人积累的丰富知识的基础上又进行了长期细致的研究，得出了这样一个结论：任何两个物体的质点都是相互吸引的，引力的大小与两个质点的质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。这就是大家所熟悉的牛顿万有引力定律。
这就是说，大炮发出的炮弹，弹弓打出的弹丸，都不能无限制地一直向前跑，是因为有60万亿亿吨质量的庞然大物——地球的吸引力，迫使它们落回地面。它们能走的距离的长短，只能决定于用力的大小。
也许你会问：地球既有如此大的吸引力，它会不会把天上的月亮给吸引到地球上来呢？不会的。为什么不会呢？在这儿，我们要谈另外一种力，那就是离心力（指惯性离心力）。离心力也就是物体由于惯性的缘故，作圆周运动时产生的一个离开中心的力。比如说：我们乘坐疾驰的汽车，车拐弯时，人不免会向外倾倒，这就是离心力的作用。
吸引力、离心力，怎样来认识它们呢？你见过钢丝操纵模型飞机吧，当模型飞机环绕着操纵者作圆周运动时，可以看到钢丝被拉得紧紧的，这个拉得很紧的力叫拉力。而这时的模型飞机有一股往外抛的力，实际上这个力就是离心力。旋转的速度增大时，离心力在增大，拉力也在增大，当超过钢丝能承受的限度时，钢丝就会被拉断，这时拉力立刻消失，而模型飞机却因为离心力的作用，以惯性向外飞了出去。
由此可见，月亮绕着地球转，就是因为有着吸引力和离心力之间的相互作用，两者处于平衡状态，所以地球和月亮总是保持着一定的距离在那儿旋转着，地球不会把月亮吸引下来，月亮也不会抛开地球而去。
看来，要想飞出地球去，就得向地球的引力宣战！
如果我们有一门凡尔纳设想的大炮，我们把炮口向上，直对着天空，装上炮弹，开炮！
炮弹出膛的速度如果是每秒l千米，它上升到50千米左右，就开始往下落；炮弹出膛的速度如果是每秒3千米，它上升到490千米，就开始往下落；炮弹出膛的速度如果达到每秒5千米，它只能上升到1 500千米高；炮弹出膛的速度如果达到每秒8千米，它也只能升到6 700千米高。
要是我们能使炮弹出膛的速度达到每秒10千米，它就能升到25 000千米那么高。这时候，它离开地面已经很远，地球对它的引力已经减弱到地面外引力的1/25左右。与此同时，炮弹的速度已经减少到零了，它仍旧得往下落回地面。
当然，炮弹离地面越远，地球把它拉回来的引力就越小。要使炮弹跑得更远，就得使它有更高的速度。
假如不计算空气的阻力，要让炮弹彻底战胜地球的引力，我们必须使炮弹以每秒11.2千米的速度射出炮膛。达到了这样高的速度，炮弹就完全摆脱了地球的引力，飞向太空，一去不复返了。
现在我们把炮筒转过90度，让它和地面平行。在这种情况下发射炮弹，看看会发生什么情况。
300年前，英国科学家牛顿在一本书里写道：“如果在山顶上架一门大炮，用火药的力量把一颗炮弹沿水平方向射出去，炮弹在落地以前，就会沿着一条曲线飞过一段距离。假定没有空气阻力，我们使炮弹的速度增加一倍，它飞行的距离差不多也增加1倍；如果速度增加10倍，飞行的距离也会增加10倍。只要增加速度，就可以任意增加飞行的距离。因此只要速度加大到一定程度，就可以使炮弹绕着地球转，甚至飞入宇宙空间。”
牛顿的设想是很有道理的。现在人们已经知道，使炮弹的速度达到每秒7.9千米，它就绕着地球转圈子，成为地球的卫星。每秒7.9千米就叫做环绕速度，或者叫做第一宇宙速度。人们还知道，使炮弹的速度达到每秒11.2千米，它就永远离开地球，进入宇宙空间。每秒11.2千米就叫做逃逸速度，或者第二宇宙速度。
然而，它脱离的毕竟还只是地球的引力范围，这时，还得把速度再增大，当增大到每秒16.7千米的速度，即第三宇宙速度时，飞行器就能脱离太阳的引力范围，可以飞到其他恒星的世界之中去了。
幻想终归是幻想，实际上，这三个速度，大炮是无论如何也达不到的。那么，用什么办法才能飞出地球的引力范围呢？
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