将飞船送往其他行星简谈航天器的运动和轨道问题
【菜科解读】
引言
要把探测器送往火星，总共需几步？一般来讲，从地球发向其他行星的探测器的飞行过程大致分为三个阶段：火箭发射升空并绕地球运行、变轨加速以脱离地球引力前往目标行星、抵达后在目标行星上环绕或着陆。
其中一三阶段时间短但步骤和细节繁杂，而二阶段将占据飞行器旅程的大部分时间。
本文将从航天器的运动和轨道问题出发，介绍天体运动和变轨问题的一些简单知识。
三种宇宙速度
我们将首先从航天器的速度问题开始。
众所周知，水平方向抛出的物体，初速度越快，落点越远，当它的速度达到7.9 km/s时，便再也无法落回地面，将仅在地球引力的影响下环绕地球做匀速圆周运动。
这便是地球的第一宇宙速度，是发射人造卫星的最小初速度，也是以圆轨道绕地球运动的最大线速度。
如果发射时初速度达到约11.2 km/s，即地球的第二宇宙速度时，飞行器就能恰好完全摆脱地球的引力，且之后无需加速。
天体的第二宇宙速度又称逃逸速度，以逃逸速度从天体表面沿任何方向发射的无动力物体，在引力作用下速度会慢慢减小，当飞行至无穷远时速度恰好为0。
逃逸速度是第一宇宙速度的 倍，可用动能和引力势能（ ，无穷远处为势能零点）相互转化来计算，这一过程中，动能逐渐转换成引力势能，直到无穷远处双双为0。
第三宇宙速度是同时脱离地球和太阳引力所需的最小发射初速度，与方向任意的第二宇宙速度不同，它要求飞行器的初始运动方向必须与地球公转相同，从而可以借助地球公转的速度，减少燃料消耗。
根据上文可知，地球轨道处太阳的逃逸速度是圆轨道速度29.8 km/s的 倍，约42.1 km/s，因此飞行器除了需要二者相差的12.3 km/s对应的动能来脱离太阳引力，还需另外的11.2 km/s对应的动能以逃离地球，这两个动能数值之和对应的速度就是第三宇宙速度16.7 km/s。
显然，往返于地球与其他行星之间的行星际飞行器，目的地距离地球较远，可以说需要完全克服地球引力，但又不会离开太阳的引力范围，因此它们的速度通常介于 和 之间。
第二和第三宇宙速度的推导过程
不同速度的轨道
其次，我们考虑不同的轨道速度和发射方向所对应的具体轨道形状。
最简单的情形是物体沿水平方向抛出。
第一宇宙速度 的轨道形状是圆形，假如速度略大于此，物体的向心加速度将大于引力所提供的，轨道将会是一个椭圆——以地球中心为焦点，发射位置为近地点。
而随着初速度的增大，椭圆将越来越扁，远地点高度、半长轴和偏心率也慢慢增加，倘若以第二宇宙速度 发射，轨道的偏心率将变成1，半长轴和远地点距无穷大，也就是一个开放的抛物线轨道。
如果初速度比 还大，飞行器相对地球的轨道将是双曲线的一支，偏心率大于1，半长轴在天体力学中被定义为一个负值。
而回顾一下那些发射速度小于 的平抛运动，严格来讲，它们的轨迹其实也是椭圆，只是初速度很小时，椭圆同样很扁，离心率无限接近1，因此可以当作抛物线来看待。
这时的初始抛射位置是椭圆的远地点，近地点则在地球内部。
不同大小的水平发射速度的轨道形状
实际上，除去竖直向上发射这一种特殊情况，当物体的初速度分别小于、等于和大于 时，哪怕发射方向并非水平，轨道依旧会分别是椭圆、抛物线和双曲线，不过方向不同的情况下，椭圆或双曲线的半长轴和偏心率、抛物线的焦距也有所不同。
对于这些方向并非水平的情形，若已知速度大小和矢径长度，我们可以通过计算物体的机械能来判断轨道形状和半长轴的大小，动能与势能之和小于、等于或大于0分别对应着椭圆、抛物线和双曲线轨道。
由于二体问题中系统的机械能 ，继而可以求得它们的半长轴 。
以v1和v2沿不同方向发射时的轨道
变轨运动与霍曼转移
最后，让我们来到航天器的变轨话题上。
由于实际的变轨和轨道设计必然极其复杂，因此以下只介绍一些简单的理论和思路。
考虑一艘在近地轨道以圆形绕地球运转的飞船或卫星，突然沿原本的运动方向点火加速。
#p#分页标题#e#此时它的运动速度将大于此处的圆轨道环绕速度，向心加速度也将大于圆周运动所需，轨道变成以加速位置为近地点的椭圆轨道，这与我们上文谈论的地表速度介于 和 之间的情形相同。
待它运行至远地点，飞船再沿运动方向进行一次适当的加速，使速度恰好等于当前距离的环绕速度，它便成功地变轨至一个半径比最初更大、高度比原来更高的圆轨道上——这就是变轨操作的基本思路。
而降低轨道高度只需逆向操作，减速降至椭圆轨道，并在近地点再次减速即可。
卫星的变轨过程图示
当然，变轨后的轨道并不一定必须是圆，短时间内引擎单次点火释放的能量也许不足以抵达目标高度，可以等卫星环绕一圈返回初始位置后再次点火，或采用每次达到远地点都进行加速的多次变轨方式，此时的卫星轨道就是一个个大小不同的椭圆环环相套；加速（或减速）的位置也并不仅局限于远地点（或近地点），但是将目标轨道设置为远地点的方法，消耗的燃料是最少的——更大的初速度则代表着需要更高的初动能，而以恰到好处的初速度前往确定的位置，自然可以节约能量。
把上述双切轨道推广到不同行星之间也是一样的，这种以内行星轨道上的某一位置作为近日点、外行星轨道上的某一位置作为远日点，且与两行星轨道均相切的轨道被称作霍曼转移轨道，是行星际旅行最节省能源的路线。
飞往外行星时沿地球公转方向加速，靠近目标行星时再次加速追赶；前往内行星时朝公转的反方向减速，接近目标行星时再次减速停留。
因为太阳系的诸多行星处于不断的运动之中，它们与地球的相对位置也在时刻改变，所以行星际飞行器发射的最佳时机是呈周期性变化的，它等同于地球和目标行星的会合周期。
地球到火星的霍曼转移轨道
霍曼转移由于路程远且速度慢，消耗的时间太长，某些时候仅仅为了节约燃料却浪费大量时间似乎有些得不偿失，因此还可以采用抛物线轨道，即需达到地球轨道处太阳的逃逸速度（相对地球的初速度当然是16.7 km/s），在出发和抵达阶段花费更多燃料加速和减速。
下表列出了去往各行星所需的时间，可以看出与双切霍曼转移轨道相比，抛物线轨道的确耗时极短。
霍曼轨道和抛物轨道的所需时间对比
最后值得一提的是，各大行星轨道都并非正圆，且轨道倾角各不相同，不仅如此，行星际飞行器的飞行途中还要计算目标之外行星的引力摄动，甚至太阳爆发的影响和穿越小行星带的安全问题也是必须考虑的，真实的轨道设计工作自然不是三言两语能够讲述清楚的，本文便只做这些简略介绍，权当抛砖引玉之用。
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人类根本不是进化来的，爱因斯坦不敢说的未解之谜
那么人类是不是进化来的呢?接下来幽幽就带大家了解人类根本不是进化来的，爱因斯坦不敢说的秘密。
一、人类根本不是进化来的真正的人类已经灭绝了猜想：人类从原始社会发展至今也就几千年而已，最早的类人猿仅出现在300万年前，而恐龙这类生物却大约存在了1亿6千5百万年，但经过这么长的时间却依旧是智力底下的生物。
这差别之大让人细思极恐!可能人类根本不是进化来的，而是来自外星，是人类杀死了地球原住民并取而代之，也就是如今的我们...要知道最早的类人猿也只是存在于300万年前，现代人类是如何在如此短的时间里，在没有明显外部因素的情况下，进化成如此智慧的生物?前一个统治地球的物种是恐龙，存在了大约1亿6千5百万年。
恐龙存在了如此长的时间，然而恐龙的智力发育和其他物种也差别不是很大。
这就相当于一种人修炼了55年还没能摸到半点门道的绝世武功，一个人只用了1年就练成了。
而且练成之后立马横扫天下。
这不得不让人猜想，这个人是不是得到了高人指点，或者说人类根本不是进化来的呢!?又或者人类不是真正的地球人，而是而来的入侵者，是人类杀死了地球原住民，才有了短短几千年就拥有的高度文明?人类杀死了地球原住民并取而代之想：近些年科学界有一个猜测，这个猜测是关于人类起源的，很多学者认为人类本来就是外星来客，人类根本不是进化来的。
否则不可能在这么短的时间之内，就变得如此高智能。
况且如果人类是由猿猴进化而来的话，那么这种进化也不应该停止，现在应该存在某些中间状态的生命形式。
然而猿猴就是猿猴，可以肯定的是再给它们几百万年，它们也无法进化到今天人类的这种模样。
真正的人类已经灭绝了：在今天的人类存在之前，欧洲、非洲及亚洲的许多地区，一直都活跃着一种半原始的人类——尼安德特人。
这种人大约活跃在12万年之前其文明程度差不多相当于我国的半坡文明和河姆渡文明，并隐隐有继续进化的态势。
但是奇怪的是，这种尼安德特人却一夜之间莫名其妙地消失了。
而后今天的人类文明才开始慢慢出现并发展了起来。
据此，我们不妨来个大胆的假设：人类杀死了地球原住民!人类的祖先诞生以前，统治地球的是另一种人类，他们直立行走，和现在的人形差不多，其实每一种动物进化都会变成人形，就像企鹅，熊，袋鼠这些动物，只要不停繁衍下去就会进化出人类相似的物种，其特点是群居性，懂得互相合作，拥有高智商大脑，直立，四肢灵活方便制造，这是所有动物基因的共同点。
二、爱因斯坦不敢说的秘密爱因斯坦不敢说秘密：爱因斯坦非常聪明，有一次他研究中发现了一个惊人的终极理论，但是他不敢说出来，有人对于爱因斯坦的终极理论，据推测爱因斯坦可能认为人类灵魂真实存在的，灵魂和身体的关系就象电磁波和对讲机的关系，互相依赖。
灵魂是一种磁场：灵魂就是一种磁场，有记忆的磁场，灵魂和肉体是这样的关系，人分肉体和鬼魂两部分，身体为灵魂服务，灵魂又依赖于身体，器官的存在是为了身体健康保留，这样才使灵魂不消失，这也就是民间所说的见鬼，也就是有些人可以梦到祖先，但有些人一辈子也梦不到一次的原因。
还有就是爱因斯坦不敢说秘密中还认为，脑波转为在空气中到处游荡的记忆电波，不断游荡，最后回归到大气层外的一个游离电波层。
那个地方聚集有众多互相交流的电波，随着时间的流逝，约150年左右的衰减，或受宇宙中数种射线影响，被外力再次引导重返人间，占据一个新生命的脑部，由此控制它的思想，指挥它的行为。
这就是我们经常说的投胎转世，而按照爱因斯坦的说法，游离电波层就是宗教里讲的阴间，那里都是死人的灵魂，但如果按照宗教的理论，这个游离电波层是分等级，这个等级的划分又跟人生前的修行有关，或者是可能修行人的灵魂会更加固实，也就是脑电波更加强大之故。
未解之谜：霍金死亡真正的真相的信息
2、霍金是因为渐冻症去世的。
霍金1942年1月8日出生于英国牛津，毕业于牛津大学和剑桥大学，并获剑桥大学博士学位。
代表作品有《时间简史》《果壳中的宇宙》《大设计》等。
去世前，霍金任剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。
3、一是影响主宰呼吸的肌肉，即呼吸衰竭也是普遍的死亡方式，二是吞咽肌肉失能，导致营养不良、脱水而死，如果没有这两种病症，基本上病患都能够存活很久。
4、岁换上渐冻症，能活到现在已经是一个奇迹了 今日，英国著名物理学家斯蒂芬·霍金去世，享年76岁。
霍金家人声明：他的勇气与坚持鼓舞了全世界。
霍金生前曾患上肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语。
霍金去世的原因是什么1、霍金是因为肌肉萎缩性侧索硬化症（渐冻症）去世的。
斯蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家。
代表作品有《时间简史》、《果壳中的宇宙》、《大设计》等。
2、一是影响主宰呼吸的肌肉，即呼吸衰竭也是普遍的死亡方式，二是吞咽肌肉失能，导致营养不良、脱水而死，如果没有这两种病症，基本上病患都能够存活很久。
3、1963年，霍金22岁，患的上一种疾病，名字叫肌萎缩性脊髓侧索硬化症，病情会随着岁月变得越来越严重。
一代伟人霍金逝世,他是因为什么疾病去世的?霍金是因为肌肉萎缩性侧索硬化症（渐冻症）去世的。
斯蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家。
代表作品有《时间简史》、《果壳中的宇宙》、《大设计》等。
霍金死亡的全部过程霍金是因为渐冻症去世的。
霍金1942年1月8日出生于英国牛津，毕业于牛津大学和剑桥大学，并获剑桥大学博士学位。
代表作品有《时间简史》《果壳中的宇宙》《大设计》等。
霍金因渐冻症于2018年3月14日死亡，享年76岁。
渐冻症是运动神经元疾病的一种，发病率在十万分之一，属于世界罕见病。
该病会使患者像被冰雪冻住一样，丧失任何行动能力，目前还无法根治。
霍金得的病为——肌萎缩侧索硬化。
肌萎缩侧索硬化（ALS）也叫运动神经元病（MND），后一名称英国常用，法国又叫夏科（Charcot）病，而美国也称卢伽雷氏（Lou Gehrig）病。
我国通常将肌萎缩侧索硬化和运动神经元病混用。
岁换上渐冻症，能活到现在已经是一个奇迹了 今日，英国著名物理学家斯蒂芬·霍金去世，享年76岁。
霍金家人声明：他的勇气与坚持鼓舞了全世界。
霍金生前曾患上肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语。
霍金的离世，也让大家对渐冻症多了一些了解。
霍金斯是怎么死的?1、其实这个东西跟霍金并没有什么关系，只是某一个网友为了搞笑而做出来的，这个过程是几张动图合成的，第一张是霍金的照片霍金斯的死亡过程，过了一段时间就会突然出现一张很恐怖的照片，所以就让人觉得非常的吓人。
2、年11月12日 英国著名海盗霍金斯结束罪恶一生1595年11月12日，约翰·霍金斯率领一支由27艘战船，2500名水手组成的船队，在到达波多黎各岛的时候，他死了，结束了他罪恶的一生。
3、霍金斯的死亡过程30秒视频吓人 这个视频其实是假的，霍金虽然死亡，但是其是因为病症而去世的，网传是视频就是一位网友恶搞的恐怖吓人视频，中间会突然跳出一个非常恐怖的鬼脸，吓人一大跳。
4、原因如下：因为霍金斯是一个多次背叛盟友的小人。
贝尔彻斯基因为政治争位失败，政治上失败意味着个人政治生命和物理生命的消失。
5、在Princes of Darkness（黑暗王子）事件中，为了控制地球多个地震，霍金斯被困于地下，而灵魂则被分离与早期时代，这期间，命运博士告诉肯德拉，她是他的精神支柱，霍金斯不能与地球分离，否则会变的四分五裂。
6、约翰·霍金斯画像 霍金斯的父亲去世之后，子承父业，霍金斯开始从事西班牙和加那利之间的奴隶贸易。
从小就受海外探险熏染的约翰·霍金斯，极为注意海洋航行前后的细节问题。
霍金是怎么死的1、霍金是因为渐冻症去世的。
霍金1942年1月8日出生于英国牛津，毕业于牛津大学和剑桥大学，并获剑桥大学博士学位。
代表作品有《时间简史》《果壳中的宇宙》《大设计》等。
去世前，霍金任剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。
2、霍金是因为肌肉萎缩性侧索硬化症（渐冻症）去世的。
斯蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家。
代表作品有《时间简史》、《果壳中的宇宙》、《大设计》等。
3、霍金斯，渐冻症，2018年3月14日，霍金逝世，享年76岁。
霍金逝世后，引发全球各界悼念。
斯蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家。
4、霍金因渐冻症于2018年3月14日死亡，享年76岁。
渐冻症是运动神经元疾病的一种，发病率在十万分之一，属于世界罕见病。
该病会使患者像被冰雪冻住一样，丧失任何行动能力，目前还无法根治。
5、今日，英国著名物理学家斯蒂芬·霍金去世，享年76岁。
霍金家人声明：他的勇气与坚持鼓舞了全世界。
霍金生前曾患上肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语。
霍金是怎样去世的霍金是因为渐冻症去世的。
霍金1942年1月8日出生于英国牛津，毕业于牛津大学和剑桥大学，并获剑桥大学博士学位。
代表作品有《时间简史》《果壳中的宇宙》《大设计》等。
去世前，霍金任剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。
霍金因渐冻症于2018年3月14日死亡，享年76岁。
渐冻症是运动神经元疾病的一种，发病率在十万分之一，属于世界罕见病。
该病会使患者像被冰雪冻住一样，丧失任何行动能力，目前还无法根治。
霍金是生病死的。
霍金患有一种不寻常的早发性和慢发性肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症，这种疾病俗称渐冻症。
