火星距离地球2.25亿公里,宇航员到火星去,需要多长时间?
简介:在太阳系中,火星算得上是地球的近邻了,地球上的我们,仅凭肉眼就能看到它,所以从古到今的人类,都很关注这颗红色的星球。 自从上世纪60年代以来,人类已经向火星发射了数十个探测器,而人类探索火星的下一步,应该就是亲自到火星上去了。 尽管这是一个巨大的挑战,但这也并非完全不可能完成的任务。 那么,以人类现有的科技水平来看,我们的宇航
在太阳系中,火星算得上是地球的近邻了,地球上的我们,仅凭肉眼就能看到它,所以从古到今的人类,都很关注这颗红色的星球。
自从上世纪60年代以来,人类已经向火星发射了数十个探测器,而人类探索火星的下一步,应该就是亲自到火星上去了。
尽管这是一个巨大的挑战,但这也并非完全不可能完成的任务。
那么,以人类现有的科技水平来看,我们的宇航员到火星去,需要多长时间呢?
这个问题其实没有一个简单的答案,因为它取决于多种因素,比如地球和火星的相对位置、宇宙飞船的速度和设计、航行的路线等等,下面我们就来具体讲一下。
通常所说的火星距离地球2.25亿公里,其实是指火星与地球的平均距离,实际上,因为地球和火星的运行速度不同,所以它们之间的距离也在不断变化,最远时可达4亿公里左右,而最近时则只有大约5500万公里。
为了节省燃料和时间,我们当然会在选择火星与地球距离最近的时间段里发射飞船,这个时间段也就是人们所说的发射窗口,随着火星和地球的运动,发射窗口大约每26个月就会出现一次。
就目前的情况来看,人类向火星发射飞船的航行路线主要有两种,第一种被称为冲点航行(Opposition mission),简单来讲,这种路线就是,飞船会先去金星那里转一圈,并利用金星的引力弹弓为自己加速,然后再飞向火星。
冲点航行的优点是可以大幅地节省燃料,但其缺点也是显而易见的,那就是这种路线会使飞船航行的时间变得很漫长,通常都需要1年多的时间才能抵达火星,而宇航员到火星去,当然是越快越好,所以这并不是一个好的选择。
实际上,我们的最佳选择其实是第二种路线,这被称为地火转移轨道,顾名思义,这种路线就是直接从地球到火星,但需要指出的是,地火转移轨道并不是想象中的那样走直线,为什么呢?
这是因为地球的公转速度高达每秒钟大约29.8公里,而从地球发射的飞船,也会具备这样的速度,如果要走直线的话,飞船就必须消除这个速度,而在消除了这个速度之后,飞船又需要凭借自身的动力来与太阳的引力抗衡,这些都需要大量的能量,而以人类目前的科技水平来讲,根本就无法给飞船提供如此多的能量。
所以人类目前采用的方法是,在地球公转速度的基础上,给飞船一个速度增量,使飞船运行轨道升高到火星的公转轨道上,如此一来,只需要事先精确计算好飞船的运动轨迹,就可以让飞船在运行到火星公转轨道上时,刚好与火星相遇。
根据速度增量的不同,地火转移轨道也会有很多种,其中最节约燃料的路线被称为霍曼转移轨道(Hohmann transfer orbit),只需要每秒钟3.3公里,就可以抵达火星,所以人类此前发射的探测器,很多都是走的这种路线,其需要的时间大约为259天。
当然了,送宇航员到火星去,首先考虑的应该是如何节省时间,所以我们可以在条件允许的情况下,尽量提升飞船的速度增量,毕竟速度增量越大,飞船运行轨道升高得越快,通常来讲,我们将这种比霍曼转移轨道更快的路线称为快速合点航行(Fast conjunction mission)。
(上图标示的轨道A、B、C,分别是霍曼转移轨道、快速合点航行和冲点航行)
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