“天问一号”到达火星需要多长时间,什么时候可以到达?
地球和火星都在围绕太阳公转,地球在第三轨道,火星在第四轨道,地火距离最近的时候是太阳地球火星三者排成一线的时候,此时地火距离0.6亿公里左右,最远是地球和火星别在太阳两边连成一线的时候,此时地火距离4亿公里左右。
在太阳系里,最大的引力源就是太阳,除了在每个行星附近之外,在太阳系的绝大部分空间,太阳的引力都起主导作用。因此,飞船从地球到火星的旅程绝大部分是在太阳的控制下,如果在途中不使用飞船本身引擎获取额外动力,那么根据开普勒第一定律,飞船的轨迹就是一个以太阳为焦点的椭圆。
所以在天问一号到火星的整个行程中,发动机只需要点火两次,一次是在地球,从地球飞向太空的时候,一次是在火星附近,调整飞行轨迹。这样做整个旅程耗费的燃料最少,而且操作最为稳妥高效。
这样的轨道,叫做霍曼转移轨道,这样一条从地球到火星的霍曼转移轨道的路程,长达6亿公里左右,约为从地球到火星最近直线距离的十倍,需要飞行大约260天,即9个月左右的时间。
之所以要这么长时间,是因为飞船相当于从地球无动力的漂到火星,对能量的需求最低。如果愿意消耗更多的燃料的话,投入更大的成本,就可以以更快的速度到达火星。
通过快速转移轨道耗费更多燃料就可以做到,美国2018年发射的洞察号,依靠强大的火箭和最好的时间窗口,只走了4.8亿公里,用了7个月就到达了火星。
不过化学火箭的能力已经接近上限,因此再怎么投入,也很难让飞船从地球飞到火星的时间突破6个月。但是新的推进技术正在发展中,例如离子电推进和核能推进,如果这些技术成熟,飞船到火星行程的时间有望大大缩短。