天文在线|想去火星？两年只有一次机会？听听专业人士怎么说
去往火星的旅行真的是每两年才能有一次吗？
旅行并不是说只能每两年一次 ， 但那时候的条件要好得多 ， 基本上人们是不考虑其他时间的 。
现在存在着不同类型的地球-火星任务轨道 ， 我们并不是在地火接近时才开始发射 ， 这牵涉多种因素 ， 包括宇宙飞船是否会返航、是否有来自金星的引力协助以及运载火箭的运行能力等 。 然而 ， 对于典型的单程任务 ， 如把探测器或探测车送往火星 ， 我们确实是在火星和地球相当接近的时候发射的 。
火星和地球处于相对位置时距离最近 ， 然而我们实际上不想在这个时间点发射 ， 我们想在这之前发射 。
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图解：地球与火星处于相对位置（图源：NASA）
为了使用最少的燃料 ， 我们想使用最小的能量转移轨道 ， 霍曼转移轨道（Hohmanntransferorbit ， HTO）做到了这一点 。 我们的宇宙飞船从地球轨道出发 ， 在霍曼转移轨道的近拱点通过燃烧加速进入椭圆形转移轨道 ， 抵达远拱点后再加速进入另一个轨道 ， 最终使宇宙飞船转移到火星轨道上 ， 最后在轨道上刚好形成180度 。
所以 ， 我们的目标在于确定发射的时间 ， 这样当飞船到达目的点时火星也处于相同的位置 。 与地球相比 ， 火星的轨道更大 ， 移动相同角度的距离需要更多的时间 ， 这意味着当我们发射宇宙飞船时 ， 火星的位置需要处于地球之前 。
我们计算我们的宇宙飞船所处轨道的周期 ， 大约是520天 。 我们的宇宙飞船将运行半个轨道 ， 这大约需要260天 。 火星的公转周期是687天 ， 在260天里火星移动的角度为136度 。 这意味着发射宇宙飞船的最佳时间是——当我们发射宇宙飞船时 ， 火星应在地球之前 ， 且与地球的夹角为44度(180-136度) 。 这也就是说我们需要在火星和地球最接近的三个月之前发射宇宙飞船 。
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图解：到火星的霍尔曼转移轨道 ， 地球、火星和宇宙飞船均为逆时针方向运行（图源：NASA、Forbes）
这里有一个表格 ， 显示了火星任务的样本数字 。
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【天文在线|想去火星？两年只有一次机会？听听专业人士怎么说】（图源：mydarksky）
去火星的旅行真的只能每两年一次吗？如果确实如此 ， 那是为什么呢？
另一位回答道：
我在本科一年级写了一篇关于这类事情的文章 ， 所以我主要使用研究得到的数据并从中推算出结果 。
并不是说每两年我们才能发射一次 ， 而是说 ， 要想使用霍曼转移轨道 ， 只能每两年一次 。 它是从第一个轨道开始 ， 通过两次加速变化 ， 最终使物体到达与出发点相差180度角的目标轨道 。 这就是事情的关键 。 你需要知道 ， 通过使用霍曼轨道 ， 从出发点 ， 到最终抵达火星的位置 ， 就会刚好处于太阳的另一边 ， 也就是出发点的正对面 。 当然 ， 这里也有其它轨道可以到达火星 ， 但它们更为复杂 。 使用霍曼转移轨道只需要两次燃烧加速 ， 一次是为了离开第一个轨道 ， 一次是为了到达第二个轨道 ， 这最主要优点之一是节约能源 ， 并且也是最高效的太空旅行方式之一 。
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计算时间和角度:
正如罗伯特·弗洛斯特所指出的 ， 通过这种方法从地球到火星的时间大约为260天 ， 地球需要在轨道上处于火星之后且与其夹角为44度 。 要解决这个问题 ， 你只需要使用开普勒第三定律（Kepler’s3rdlaw）来计算航天器从地球到火星的轨道 。
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