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火星|火星地球最近时相距6000万公里，天问一号为何六个多月才到达？


火星|火星地球最近时相距6000万公里，天问一号为何六个多月才到达？
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火星|火星地球最近时相距6000万公里，天问一号为何六个多月才到达？
今年7月23日 ， “天问一号”火星探测器在海南文昌点火发射 ， 承载着我国深空探测的首颗探测器将在浩瀚的宇宙空间中航行6个多月的时间 ， 预计于明年2月份抵达火星轨道 ， 届时探测器将继续环绕火星运行2个多月的时间 ， 一方面通过环绕监测火星基本情况 ， 包括整体的地形地貌、磁场、太阳风等 ， 另外还要对火星地表进行深入探测 ， 以寻找合适的火星车降落地点和时机 。 如果按照火星和地球最近的距离5600万公里计算 ， “天问一号”的飞行速度 ， 似乎平均只有3.5公里每秒 ， 这个速度远低于地球的第一宇宙速度 ， 为何还能飞到火星呢？
第一宇宙速度和第二宇宙速度
第一宇宙速度又叫环绕速度 ， 它指的是一个物体在星体表面 ， 能够围绕星体做环绕运行所需要的最小速度 。 这个速度 ， 早在牛顿发现万有引力定律之后就已经通过理论推导计算出来了 ， 其表达式为V1＝√（GM/r） ， 其中G为万有引力常数、M为星体质量、r为物体与星体质心的距离 。
从立体空间的角度 ， 我们可以看出 ， 当一个物体围绕星体运行时 ， 如果其受到的万有引力完全充当了环绕运行的向心力 ， 那么这个物体沿着轨道切向运行 ， 所拉大的与星体质心的距离 ， 将与物体在万有引力作用下向质心坠落的距离相抵消 ， 从而在空间上表现出稳定的环绕运行状态 ， 在星体表面曲率的影响下 ， 永远也坠落不到星体的表面 。
如果物体的环绕线速度持续加大 ， 那么它运行时与星体质心的距离也会不断增加 ， 当达到一定程度后 ， 就会使得物体运行轨道变为不封闭的抛物线 ， 这个时候物体就会表现出脱离了星体的引力束缚 ， 所以这个时候的最小速度也被称为逃逸速度 ， 其表达式为V2＝√（2GM/r） 。
在理论上 ， 我们从地球上发射人造卫星 ， 其要达到的线速度必须要满足地球的第一宇宙速度 ， 即7.9公里每秒；如果要向其它行星发射探测器 ， 则要达到的线速度必须要满足地球的第二宇宙速度 ， 即11.2公里每秒 。
节省燃料的必要性和重要性
由于火星和地球都属于太阳的行星 ， 虽然轨道相邻 ， 但是由于和太阳的距离有一定的差异 ， 所以在各自的轨道上公转线速度也有一定差异 ， 其中地球公转速度30公里每秒 ， 火星24公里每秒 ， 火地之间的距离也是时刻处于不断变化之中 ， 最近距离为5600万公里左右 ， 最远可达到4亿公里 。
由于地球和火星的轨道是椭圆形的 ， 它们之间最近的距离要间隔16年左右循环一次 ， 这是“地火大冲年” ， 在两个大冲年的间隔期内 ， 又会有若干小冲年 ， 平均间隔在2年多一点 。 因此目前发射火星探测器 ， 需要选择这样的“地火相冲”年（大冲年或者小冲年）择机进行 ， 以确保以最短的时间、最低的成本完成探测任务 。 比如今年就是一个“小冲年” ， 地火之间的最短距离大约为6300万公里 。


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