发射火箭必须达到第一宇宙速度才能飞出大气层，这是中学课本中就已经告诉我们了！这个第一宇宙速度最早是牛顿提出来的，进入宇航时代后就成了人类飞出地球的“秘籍”!从发射的第一颗卫星开始到正要远征火星的“天问一号”，一直都没有改变过！
为什么要第一宇宙速度才能飞出地球？
牛顿在1687年发表《自然科学的哲学原理》中一起发表了万有引力定律，揭示了宇宙中的天体之间的相互作用和地球上物体的自由落体运动，其实就是一个道理！
天体之间的引力和它们的质量成正比，与距离的平方成反比
地球表面的自由落体运动，下落的物体和地球所受的引力是一样的，物体下落的同时，其实地球也向物体靠近了一丢丢
牛顿发现了万有引力之后，他也考虑了一种离开地球的方式，但其实他当时根本就没想到以后真的能用这种方法离开地球！那么是什么方法呢？
《自然哲学的科学原理》中牛顿设想的离开地球的方法
看起来也非常简单，地球不是一个超级球体么，我们在地面上行进的时候其实是在绕一个半径大约6370千米的圆，不过到当时为止也只有为数不多的航海家完成了环球航行，绝大多数人只是绕了这将近4万千米左右的圆周一部分而已！
那么当我们速度足够快时，这个绕地心同时会产生“离心力”，当“离心力”和重力相等时，这个物体就可以克服重力一直保持圆周运动而不至于落到地面上！而此时绕地球的线速度就是第一宇宙速度！
0速度发射的情况，直接坠入原地
低于第一宇宙速度的情况，抛物线轨迹
等于第一宇宙发射，物体将绕地球公转
简单的理解就是“离心力”等于重力即可，这个速度在地表大约是7.9千米/秒，在近地轨道大约是7.8千米/秒，它会随着高度变换而出现变化。
离开地面的各种方法
尽管牛顿发现了离开地球的方法，但在他以后很长一段时间内都没有实现目标，甚至连飞翔都还没实现，一直到1783年蒙哥尔费兄弟发明了热气球！也许各位可能会有不同意见，我们中国人早就发明了热空气上升的孔明灯，但很可惜我们从来都没有将它用来载人！
孔明灯
热气球能升到多高？
热气球原理很简单，一个可以控制开合的大气球，底部用燃料加热，热空气膨胀密度减小，在大气层中就会产生静浮力，当静浮力大于其本身质量时就能克服重力上升！
最早的热气球
1862年气象学家詹姆斯·格莱舍和气球飞行家艾米丽亚·雷恩，在未携带氧气的情况下，上升到了9144米，这是当时的极限水准了，并不是热气球不给力，而是人体对低含氧量环境的耐受能力，3000米以上，含氧量就降低到18%左右，人就开始不舒服了，5000米时就到了12%，10000米时就会到达人体耐受极限的6%以下，难以呼吸直至死亡。
现代实用耐压舱室的气球(氦气球)一般都可以达到40千米左右，比如2012年10月4日，Felix乘坐气球在距离地面高度的39045米处跳伞成功，此时大约是民航客机的5倍高度！
但无论是热气球还是氦气球，都不可能突破大气层，因为它们本身需要大气作为介质！和热气球一样，飞机也无法离开大气层，因为飞机机翼需要空气来赋予其升力，离开了大气层同样寸步难行！而且飞机的极限升限还不如气球！