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）轨道绕地球作匀速圆周运动所需的最小发射速度。 。第一宇宙速度是航天器最小发射速度，又是航天器最大运行速度（最大环绕速度）。 其理论值约为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，并首先提出万有引力定律，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。当炮弹的速度达到7.9千米/秒时，炮弹不再落回地面（不考虑大气作用），而环绕地球作圆周飞行，这就是第一宇宙速度。
人造卫星 和 空间站 的发射速度已经达到了或者超过了第一宇宙速度，但由于地球表面存在稠密的大气层，航天器无法贴近地球表面作圆周运动，需在150千米的飞行高度上才能绕地球作圆周运动。
理论基础
牛顿第二定律
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。
万有引力定律
牛顿万有引力定律表述为任何物体之间都存在相互吸引力，两物体间引力的大小与两物体各自的质量成正比例，与两物体间距离的平方成反比，而与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。从 代数 上讲，这个定律是这样的：
其中，G为万有引力 常数 ，m 1 、m 2 分别为万有引力的两个物体质量，R指的是m 1 、m 2 两个物体 质心 之间的距离。
牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律，而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他认为月球除了受到地球的引力外，还受到太阳的引力，从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等。另外，他还解释了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象。勒威耶根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。
速度推导
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M e ，地球的半径为R e ， 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R e ，将r=R e 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V 1 ，所以有：
将G，M e ，R e 的值代入上式可得第一宇宙速度为
V 1 =7.9（ km· s -1 ）
应用
人造卫星
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
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。
其他宇宙速度
第二宇宙速度
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。第二宇宙速度是第一宇宙速度的√2倍。地面物体获得这样的速度即能沿一条抛物线轨道脱离地球。
设R为 地球 的半径，v 2 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，动能消耗殆尽， 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
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。需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的v3值；如果方向不一致，所需速度就要大于16.7公里/秒了。可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素。
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M 0 =1.98×10 30 kg，太阳中心到地球中心的距离为R 0 =1.5×10 8 km，类似于第二 宇宙速度 计算可有：
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≈16.7km/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
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，飞出银河系进入河外星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
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。