地球公转轨道基本在太阳系平面内，飞行器从太阳系平面飞出，可以大大节省燃料，而且还能利用其他大行星的引力弹弓效应加速。
第三宇宙速度原理
第二宇宙速度是v2=11.2km/s，表示从地球出发，只凭惯性逃离地球引力的最小初速度，需要注意的是，这个速度是相对于地球的。
如果我们根据万有引力定律计算，可以得到在地球轨道处，逃离太阳引力的最小速度为：
v=√（2GM/r）=42.2km/s；
该速度是相对于太阳的，地球公转速度大约是v0=29.8km/s，于是飞行器发射时可以利用地球的公转速度，飞行器向地球公转前方飞出，能大大减少燃料。
于是我们思考，飞行器刚好脱离地球引力后，获得地球公转速度v0=29.8km/s，要达到逃逸速度v=42.2km/s，还需要飞行器提供的速度为v1=v-v0=12.4km/s。
于是，我们可以计算出，飞行器从地球出发，要逃逸太阳引力的速度（第三宇宙速度）为：
v3=√(v1^2+v2^2)=√(12.4^2+11.2^2)=16.7km/s
这就是第三宇宙速度的来源，而且是相对于地球的速度。
垂直飞行
如果理解了第三宇宙速度的原理，那么飞行器垂直于太阳系平面飞行的情况，就很容易分析了。
飞行器要垂直黄道平面发射，要达到相对于太阳的逃逸速度42.2km/s，那么飞行器的发射速度v，根据速度合成法则，很容易估计出：
v’=√(42.2^2+29.8^2+11.2^2)=52.9km/s；
解释：
（1）飞行器在黄道平面内飞行，借助地球公转和自转速度后，脱离太阳系的最小初速度为16.7km/s；
（2）若飞行器垂直于黄道平面飞行，那么将无法借助地球公转和自转，此时脱离太阳系的最小初速度为52.9km/s；
两个都是相对于地球的速度，但是相差了3倍多，换算成能量相差近十倍；所以，垂直于黄道平面飞出太阳系，消耗的燃料远远高于在黄道平面内飞行。
实际上，目前还没有哪个火箭，能在近地轨道处达到50km/s以上的发射速度；美国的帕克太阳探测器之所以能达到200km/s，是因为利用太阳引力进行加速了。
引力弹弓效应
而且在黄道平面内的飞行器，可以利用其他大质量行星的引力进行加速，能节约不少燃料，
比如旅行者二号，在发射出地球时速度不到10km/s，但是经过四大行星加速后，目前还有15km/s的速度。
如果飞行器垂直于黄道平面飞行，那么无法利用其他行星进行引力加速，也将会耗费更多的燃料。
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