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在古希臘數學家歐幾裏得所著的《幾何原本》之中記載著這樣一個(ge) 公理：兩(liang) 點之間線段最短。

《幾何原本》是現代數學的基礎，“兩(liang) 點之間線段最短”更是大家都認同的觀點，那麽(me) 人類在發射探測器去往其它星球的時候是不是也遵學著這一公理呢？探測器是不是沿直線飛過去的呢？在廣袤的宇宙之中，天體(ti) 之間的距離是十分遙遠的，在太陽係之內(nei) 距離地球最近的行星就是金星，它與(yu) 地球的距離大概在4050萬(wan) 千米左右，顯然這是直線距離。直線距離都已經如此遙遠了，如果再繞遠路，探測器什麽(me) 時候才能到達目的地呢？所以看起來探測器的確應該是沿直線飛過去的，但事實上並非如此。

目前人類發射的所有航天器使用的都還是化學動力，所以在探索遠距離目標的時候，最需要考慮的並不是距離，而是如何省力。

任何具有質量的物體(ti) 都是具有引力的，隻不過平日裏我們(men) 所接觸的物體(ti) 質量都太小，所以感受不到，但如果物體(ti) 的質量大到宇宙天體(ti) 的級別，引力作用就十分明顯了，比如地球。所以發射探測器的過程實際上就是與(yu) 引力對抗的過程，要想與(yu) 地球引力實現平衡，讓航天器圍繞地球運行而永不墜落，速度就必須要達到每秒7.9千米的，這也是我們(men) 常說的第一宇宙速度。而要徹底擺脫地球的引力束縛，讓航天器去探索其它星球，就必須要實現第二宇宙速度，也就是每秒11.2千米。

現在我們(men) 來思考一個(ge) 問題，如果一個(ge) 航天器的速度超越了第一宇宙速度，又沒有達到第二宇宙速度，它會(hui) 如何運動呢？

它依舊會(hui) 圍繞地球運動，隻不過它的軌道不再是一個(ge) 圓形，而是會(hui) 趨向於(yu) 橢圓，這個(ge) 橢圓形的軌道擁有明顯的近地點和遠地點，而且航天器的速度越快，這個(ge) 橢圓形的軌道就越橢，也就是說近地點與(yu) 遠地點相差的距離就越遙遠。航天器運動速度的增加會(hui) 使軌道由圓形趨向於(yu) 橢圓，記住這一點，然後我們(men) 繼續來說下麵的內(nei) 容。地球圍繞太陽運動，而在地球的外側(ce) ，火星也在圍繞太陽運動，相比之下，地球的軌道是一個(ge) 小圓，火星的軌道是一個(ge) 大圓。

怎樣能夠讓探測器從(cong) 地球的小圓軌道上跑到火星的大圓軌道上呢？

最簡單粗暴的方法，就是在火星與(yu) 地球運動到最近距離的時候直線飛過去。不過這樣做要花費不小的力氣，它意味著我們(men) 要徹底擺脫地球的引力束縛，從(cong) 而達到第二宇宙速度。有沒有什麽(me) 省力的辦法呢？有，就是利用霍曼轉移軌道。霍曼轉移軌道最早是在1925年由德國的工程師霍曼所提出的，當時人類還沒有飛往太空的能力，而在過去了將近100年之後的今天，我們(men) 所發射的航天探測器依舊在利用這一理論。那麽(me) 到底什麽(me) 是霍曼轉移軌道呢？

假設現在我們(men) 有一個(ge) 航天器正在地球軌道上圍繞地球運動，此時我們(men) 讓這個(ge) 航天器進行一次加速，會(hui) 發生什麽(me) 呢？它的軌道將會(hui) 由圓形變為(wei) 橢圓。

我們(men) 知道這個(ge) 航天器的速度越快，它的軌道就越橢，遠地點就離地球越遠，而當這個(ge) 橢圓足夠橢的時候，它的遠地點就會(hui) 與(yu) 火星軌道發生相切。不過這並不意味著這個(ge) 航天器就會(hui) 跑到火星軌道上去，如果我們(men) 不管它，它在到達與(yu) 火星軌道相切的遠地點後還是會(hui) 回來的。怎麽(me) 才能讓它留在火星軌道上呢？就是在它與(yu) 火星軌道相切的時候再進行一次加速，於(yu) 是它就能夠跑過去圍繞火星運行了。當然，這一切都有一個(ge) 前提條件，就是航天器軌道與(yu) 火星軌道相切時，火星恰好也運行到了相同的位置。

其實要保證火星恰好運行到相同的位置也並不難，隻需要通過簡單的計算就可以確定。

地球的公轉周期為(wei) 365天，而火星的公轉周期為(wei) 687天，所以計算可知，這樣的軌道轉移時機每780天就可以出現一次。現在你明白為(wei) 什麽(me) 各個(ge) 國家發射火星探測器的時間都比較集中了吧，因為(wei) 一旦錯過了發射時機，就要再等兩(liang) 年多才能夠再有機會(hui) 發射。原本要花費大量的能量將航天器推升到第二宇宙速度才可以前往火星，現在隻需要利用這個(ge) 橢圓形的霍曼轉移軌道做兩(liang) 次加速就可以讓探測器跑到火星上去，的確是省了大力氣。

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