Question

卫星变轨，霍曼变轨为什么能量最小

按照能量守恒定律，怎么变轨使用的能量都应该一样啊？它怎么就最小了

Answer 1

如果没有损耗, 当然能量都一样

但问题是有损耗的啊......

你要考虑, 你的总能量, 一部分给了卫星, 提供它变轨的动能, 势能; 而另一部分, 给了火箭喷射出取得燃气......完成同等变轨, 燃气消耗可以很大,也可以很小, 对吧? 比如说我来个急速加速到相应轨道再转向, 再减速......这个肯定是很不经济的, 虽然卫星机械能一样, 但是, 消耗的火箭燃料可就多了去了

如果让我来设计从低圆轨道到高圆轨道的卫星变轨, 我会本能地采用以下过程:
1) 在低轨道瞬间加速, 进入椭圆轨道: 近地点高度, 低圆轨道半径; 远地点高度, 高圆轨道半径
2) 但在远地点, 卫星的速度将低于高圆轨道运行速度, (所以,它会 "落回" 到近地点"), 因此我们把它瞬间加速到高圆轨道速度, 这样, 它就能维持在高轨道上运行了

过程中, 因为全部动力用于加速, 却没有不必要的转向和减速, 应该还是很经济的; "最经济" 的做法要结合火箭的能力和卫星的载荷, 等等用复杂的计算方法确定

这个过程应该还是很快的, 半个椭圆轨道周期就行了, 一般也就 n 小时; 但是, 实际应用中, 我们往往达不到 "瞬间" 加速到很高的远地点.....而不 "瞬间" 的加速, 产生的效果比较难于计算和控制, 因此, 往往采用多次变轨方式, 一步一步把卫星送上更高的轨道......这样就要经过 n 个轨道周期......时间就长了

当然, 这也反映了火箭技术的差异.....和美/俄/日相比, 我们国家的火箭发动机还处于原始阶段, "瞬间" 加速能力越差 (推力小), 变轨时间就越漫长......

我们的长征系列火箭, 越造越小..... 长征2 推力应该是最大的, 但仍不能满足载人飞船或现代卫星的发射需求, 因此, 不得不加上 4 个助推火箭.... 在大推力发动机技术上, 仍停留在从前苏联买来的弹道导弹技术: 联氨类(偏二甲肼?)-四氧化二氮 系列上, 落后美俄近半个世纪..... 液氢液氧发动机有了, 但是推力比日本的差不多要差上数量级了......转向架设计不合理.....等等; 我们的神舟, 停留在用沙子堆金字塔的水平上.........没有创新.....没有任何实质性进展......只是拿钱来堆......对于多少知道一点的人来说, 神舟是中国航天界的悲哀, 而不是什么骄傲