年,将是中国航天史上必将被铭记的一年。除了长征五号B运载火箭首飞,年7月,中国将派无人探测器“天问一号”奔赴火星,完成又一个伟大而艰难的探测任务。事实上,年,美国等其它国家也将发射火星探测器。但是,行星运动计算却显示,今年探测器发射的时候,火星距离地球却比较远。我们知道“两点之间,线段最短”,而太空探测器要追求极致的燃料利用率,那今年发射火星探测器难道不合理吗?其实,根据现代物理学原理,今年发射最合适。
天问一号:绕、落、巡“三件套”
天问一号,身负重担。它是我国自己发射的第一个火星探测器。它必须度过上亿千米的征程才能够到达火星。到达火星以后,“三件套”将发挥作用。第一件轨道器将停留在环绕火星的轨道上,在轨道上“绕”的过程中进行探测;第二件着陆器将到达火星表面,在表面拍摄火星照片,并利用各种仪器获取数据;第三件巡视器将和和着陆器一起到达火星表面,并通过轮子在火星表面移动。
这样身负重担的探测器,本身就很重。如果多一分燃料,就可能意味着少许多探测仪器。可以说,每一点燃料都必须珍惜。那么,为什么探测器不在火星距离地球最近的时候发射?
美国火星探测器地火霍曼转移轨道:地火主干道
物理学家却指出,年6月-7月这个时候发射是最节省燃料的。这时,探测器将可以沿着“地火主干道”地火霍曼转移轨道到达火星。美国的火星探测器,也要沿着这一条轨道航行?
这究竟是一条什么样的神奇东西?
首先,在太空中航行和在地面上走路有一点不同:太空中航行,一定要时刻考虑到星球的引力。以目前人类的技术水平,并没有能力直接沿着射线发射一个“炮弹”到达其它星球,因为这需要近乎无限的燃料。人类发射的飞船,只能沿着很大的椭圆轨道或抛物线、双曲线轨道运行。给“天问一号”设计航线,主要就是要考虑怎样的椭圆轨道能够以最少的燃料完成(也就是需要最小的速度变量)。
年,德国物理学家霍曼提出了“霍曼转移轨道”方案。精确的霍曼转移轨道,只需要两次推进就能够完成。在太空中,飞船的航行受到的阻力很小,所以飞船在太空空航行时可以无动力滑行。霍曼转移轨道上,绝大部分旅途都是无动力滑行。所以,虽然绕了一个大弯,走了很多弯路,但是,这仍然是最经济的方案。
祝“天问一号”任务圆满完成。