第一宇宙速度（英文名称：first cosmic velocity）又称环绕速度，是指从地面发射物体，使其在地面附近（离地面的高度与地球半径相比很小）轨道绕地球飞行所需的最小发射速度。。第一宇宙速度是最小发射速度，又是最大环绕速度。其数值约为7.9 km/s。

1687年，艾萨克·牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中提出物体运动三大定律和万有引力定律，奠定了经典力学的基础。根据艾萨克·牛顿第二定律和万有引力定律，可以推导出第一宇宙速度的数值。

人造卫星和空间站就是发射速度（地表高度（地球半径）水平方向发射的速度）已经达到了或者超过了第一宇宙速度，使得此时受到的地心引力，刚好等于它围绕地球做圆周或椭圆运动的向心力。

物体受到力作用时，它所获得的加速度的大小与合力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合力的方向相同，这就是牛顿第二定律。在国际单位制中，力F、质量m和加速度a的关系为：F=ma。

牛顿万有引力定律表述为所有物体之间相互吸引的力与质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。从代数上讲，这个定律是这样的：

其中，G为万有引力常数，m1、m2分别为万有引力的两个物体质量，R指的是m1、m2两个物体质心之间的距离。

设有一质量为m的宇宙飞行器，以速度v绕地球作圆形轨道运动，其轨道半径为r（m距地球中心的距离），地球的质量为Me，地球的半径为Re，万有引力常数为G，因这时地球引力提供了该飞行器作圆周运动的向心力。根据艾萨克·牛顿第二定律和万有引力定律，所以有：

由此得：

若将飞行器与地球作为一系统，忽略空气的阻力，地球表面发射飞行器的速度为V。因飞行器与地球组成的系统机械能守恒，则有：

将代入上式得：

由此得：

式中r的最小值为地球的半径Re，将r=Re代入上式，这时V取得最小值，而这个最小值也就是第一宇宙速度V1，所以有：

将G，Me，Re的值代入上式可得第一宇宙速度为

V1=7.9（km·s-1）

人造卫星本身并没有燃料，却能绕着地球轨道持续飞行，不会飞出去，也不会掉下来。这是因为，人造卫星的运动速度已经达到了第一宇宙速度，使得此时卫星受到的地心引力，刚好等于它围绕地球做圆周运动的向心力。也就是说，第一宇宙速度是让物体能够围绕地球运动的最小速度。如果没有达到这个速度，物体就会逐渐落回地面；如果超过这个速度，物体就会逐渐远离地球，呈椭圆轨道绕地球运行；当这个速度达到第二宇宙速度时，它就会彻底摆脱地球的引力，围绕太阳做圆周运动了。经过推导，第一宇宙速度约为7.9千米/秒。

低地球轨道(LEO)，又称近地轨道，距地面约200-1200公里的圆轨道。其上面的全球星（Globalstar）卫星系统的轨道速度为7.1522千米/秒，（Iridium）卫星系统的轨道速度为7.4624千米/秒。

中地球轨道（MEO），距地面约1200 - 36000 公里的圆轨道。其上面的Other 3 billion（03b）卫星系统的轨道速度为5.2539千米/秒。

地球同步轨道 (GEO) ，又称高地球轨道， 距地面约36000公里的圆轨道。其上面的国际通信卫星（INTELSAT）系统的轨道速度为3.0747千米/秒。

空间站又称“航天站”。能在空间长时间运行的巨大的卫星式载人飞船。一般由工作舱、生活舱、服务舱及对接舱组成。舱内设有保证类似地面生活环境的空调系统，和供宇航员及研究人员使用的各种仪器。对接舱是空间站的停靠码头，宇宙飞船或航天飞机等可通过它与空间站对接，进行人员轮换、物资供应及废物处理等。空间站由运载火箭或航天飞机送到预定轨道上，轨道高度约几百公里。空间站上可以作各种科学研究，如研究和试验新的加工工艺，试制新的金属、药物等。并可发展成为“空间城”。由于空间站上已具有第一宇宙速度，从那里到其他行星可以节省加速到第一宇宙速度的燃料，可将它作为宇宙航行的起点站。

据此，可以计算出在400公里高空的空间站所需环绕速度约为7.662km/s，空间站只有一直保持这个速度，才能维持这个高度。如果速度慢下来，高度就会逐渐降低，最终坠入地球大气层烧毁。据一些资料介绍，如果不用动力提速，空间站每天要掉落100~150米。空间站在设计时就考虑了这个问题，会用自带火箭发动机助推提升速度，一直保持环绕速度。因此，任何空间站每年都要耗费燃料数吨，这些燃料需要用飞船定期补充。

第二宇宙速度（人造行星）：从地面发射物体，要使物体脱离地球引力的最小速度，为11.2km/s。

设R为地球的半径，v2为第二宇宙速度，m为航天器的质量，M为地球的质量，G为万有引力常量，航天器远离地球克服引力做功，动能逐渐减少而势能逐渐增加，摆脱地球引力时达到无穷远，动能消耗始尽，引力势能达到最大值，即等于零。对航天器，根据机械能守恒定律：

这就是使物体逃离地球引力范围所需的最小速度，故第二宇宙速度又叫脱离速度。当发射速度略大于第二宇宙速度时，虽然发射的人造航天器将逃离地球引力范围，但仍受到太阳引力的作用，它将成为太阳系的人造行星。

第三宇宙速度（飞出太阳系）：从地面发射能够离开太阳系引力范围的物体的最小速度，为16.7km/s。

由地面发射一物体，使之不仅脱离地球的引力，而且还能脱离太阳的引力所需的最小速度叫作第三宇宙速度。太阳质量为M0=1.98×1030kg，太阳中心到地球中心的距离为R0=1.5×108km，类似于第二宇宙速度计算可有：

由于地球绕太阳公转的速度为：

所以相对地球的运动速度为：v'=42.2-29.8=12.4km/s，最后考虑到地球引力影响，要克服地球引力，只要使航天器在脱离地球引力束缚时仍具有的u速度即可。由机械能守恒定律，对航天器：

，式中v2是第二宇宙速度，带入上式，解得第三宇宙速度：v3≈16.4km/s。

即若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，其发射速度必须等于或大于16.7km/s，所以第三宇宙速度又叫作逃逸速度。

第四宇宙速度，是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度。由于尚未知道银河系的准确大小与质量，因此只能粗略估算，其大小为110~120km/s。而实际上，目前没有航天器能够达到这个速度。

第五宇宙速度，是指航天器从地球发射，飞出本星系群的最小初始速度。但是，由于本星系群的半径、质量均未有足够精确的数据，所以还无法准确得知数据大小。但是第五宇宙速度有一个大致的范围。目前科学家估计本星系群的半径大概有500~1000万光年，按照这样来计算，需要1500~2250km/s的速度才有可能飞离本星系群。但这个速度以人类目前的科学发展水平来说，是无法达到的，这只能是一个推论。