中国首次火星探测器“天问一号”已在7月23日12时41分，在海南岛北海岸文昌发射场搭载“长征五号遥四火箭”成功发射，约36分钟后进入预定的“地火”轨道，迈出了探测火星的第一步。
在“地火轨道”飞行7个月后，大约在年2月份到达火星附近，然后减速“刹车”进入“环火轨道”。在环火轨道大约2～3个月的环球飞行后，着陆、巡视组合体将于轨道器分离，并择机开展着陆、巡视等探火任务，这就是大家都在讲的“一次性‘绕、落、巡’火星探测计划”。“天问一号”的着陆时间大约要在5月份了，着陆地就选在火星北半球高纬度的乌托邦平原，那里曾是一片汪洋。
有人说“天问一号”就像一只破茧而出的蝴蝶，振动翅膀翩翩飞向遥远的火星。在我看来，“天问一号”就像一只海阔天空任我飞的“大鹏”，挥舞硕大的翅膀飞向万km外的火星，在火星着陆后又展开它的两对太阳能电池板在火星上开启它的探索之路，寻找火星生命的痕迹。
然而，很多人都会有这样的疑问：“天问一号”在飞向火星的这7个月，它是用的什么动力在“地火轨道”上规矩地飞行呢？
由于探测火星任务成功率低，大约只有43%左右，所以中国首次“探火任务”都经过精密计算，确保“探火任务”万无一失。而“天问一号”的航行轨道也早就让科学家计算好了，这就是“霍曼轨道”。
看看下图，“天问一号”飞向火星的轨道并不是一条直线，而是在地球上空绕了大半圈才进入太空。
天问一号的航行轨道
为什么绕这么一大圈？数学老师不是说两点之间直线最短？今年是地球与火星之间最近距离之一，如果探测器径直飞向火星，不就只需飞行万km就能到达目的地了？难道我们学的是假数学？
“两点之间直线最短”当然没有错，“天问一号”的绕圈轨道也符合科学理论，问题是我们忽略了在太阳系中的物体都在太阳引力的辖制之下。在太阳系中，如果要从一颗行星到达另一颗行星，是无法做直线飞行的，因为探测器很容易就被太阳引力半途“抢走”，难以飞到目的地。如果让探测器伪装成一颗行星在轨道上飞行，就会巧妙地避开太阳引力，轻而易举地就能到达目的地。
这个轨道就是“霍曼轨道”，又称为“霍曼转移轨道”，是由德国物理学家瓦尔特·霍曼在年提出。是通过两次调整探测器轨道，加速后的探测器就会模拟小行星轨道的惯性力，达到飞向目标星球的目的，大大地节省了能耗。
它的第一次变轨是飞出原星球轨道进入“转移轨道”时的加速，第二次变轨是进入目标星球时的加速，表达式分别是（前提是在瞬间完成变速）：
式中的ΔV和ΔV’就是探测器的速度变量，r和r分别是原来星球圆轨道和目标星球圆轨道的半径，μ是中央星球物体的标准重力参数。
从地球轨道到霍曼转移轨道，然后到火星轨道，由于探测器变轨后的轨道一个比一个更高，所以这三条椭圆轨道两次引擎推进都是加速。
如图：
探测器在霍曼轨道上除了能向高轨道转移，还可以向低轨道转移，只不过是加速与减速的区别。
在“霍曼轨道”上飞行的时间可结合开普勒第三定律计算出来：
式中aH是霍曼轨道的半长轴，tH就是霍曼椭圆转移轨道1/2的时间。
从式中可以看出，探测器利用“霍曼轨道”虽然节省了动力，但也拉长了时间和距离。
比如从地球飞向火星的“天问一号”就是利用“霍曼转移轨道”避开太阳引力节省能耗。探测器从地球轨道转移到“地火”的“霍曼轨道”上时，地球上的操作员需要将它加速，转移到“地火”轨道上。让探测器由于惯性在“地火轨道”上模拟小行星继续飞行，途中仅用少量太阳能来加速。到火星轨道附近时再进行第二次加速调整，转移到“环火轨道”，最后就可以择机着陆了。
所以“天问一号”只需要加两次速就可以飞到火星。不过这样虽然节省了动力，路程却由万km增加到了6亿km，这就是为什么仅到达火星轨道也要飞7个月之久了。
“天问一号”抵达火星后续
“天问一号”在经过漫长的7个月太空之旅后，并不会立刻着陆火星，而是要经过制动“刹车”进入“环火轨道”。在“环火轨道”上经过2～3个月减速后，进入着陆停泊时段，接着就是着陆巡视器与环绕器分离，着陆器进入火星大气层，环绕器在火星上空为着陆器与地球提供中继通讯。接下来，就是着陆火星的“恐怖7分钟”，不可以有1秒失误。着陆成功后，火星车与着陆器分离，撑开四张太阳能电池板，缓缓驶向火星地表，开始巡视探测任务。
环绕器携带有雷达、两台相机、矿物光谱仪、磁力仪、离子和粒子分析仪、高能粒子分析仪，这7个科学仪器，将会对整个火星的地形地貌、气候环境、磁场、大气层等进行全球探测；火星车上装有光谱相机、地形相机、火星次表层雷达、表面成分探测器、气象监测仪这6个科学仪器，探测火星的地下土壤分布、土壤成分、地下水的分布、记录火星气候变化等等。
火星探测器“天问一号”的计划探测时长是90天，将会对火星进行全方位探测。预计在年，还会采集火星样本带回地球进行更深入研究！
天问一号火星车
这自然是一次极不平凡的太空之旅，“天问一号”承载了中国几千年来行星探测的梦想，我们终将在宇宙太空走出个通天大道！加油！