多國為何扎堆發射火星探測器？原因在於這些宇宙知識

2020-07-24 眼鏡視野

火星人：火星不是你們地球探測器想來就能來的！請預約排號！每26個月開放一次！

扎堆發射火星探測器，只為搶時間

2020年7-8月，中國、美國、阿聯三國將發射火星探測器。7月20日，阿聯的&34;已率先出發。7月23日，中國的&34;也成功發射向火星出發。美國的&34;也將在隨後發射。

多國&34;發射火星探測器，並非攀比或所謂的星際競爭。而是因為7-8月火星探測器發射的&34;，錯過就得多等兩年多。

那麼何為&34;，窗口期是如何得來的？本期眼鏡哥，就接&34;為大家簡單講講一些有趣的宇宙知識。

宇宙知識1——地球火星的距離隨時在改變

首先來看一張太陽系真實比例圖

多國為何扎堆發射火星探測器？原因在於這些宇宙知識

從上圖可以看出，火星離地球真的是很遠，在太陽、地球、火星的&34;裡，地球與火星需要放大1000倍才能看清樣子。為了方便大家觀看，下文的所有示意圖將對星球放大處理。

那麼地球與火星距離究竟有多遠？

多國為何扎堆發射火星探測器？原因在於這些宇宙知識

由於地球、火星繞太陽公轉均是橢圓軌道（地球近日點1.47億公裡，遠日點1.52公裡；火星近日點2.07億公裡，遠日點2.49億公裡），且軌道傾角不同，公轉速度（角速度）也不同。所以地球與火星之間的相對位置也隨時在變化。理論上最近距離約為5500萬公裡，最遠距離則超過4億公裡。

所以，當媒體給給出一個準確的火星到地球距離時，都是不嚴謹和。目的只是為了讓普通吃瓜群眾一個具象的概念。

宇宙知識2——地球火星26個月&34;一次

雖然地球火星的相對位置隨時在變化，但每26個月就會&34;一次。此&34;是指火星、地球、太陽三點一線，且地球、火星位於太陽同一側。此時火星與地球距離最近。

多國為何扎堆發射火星探測器？原因在於這些宇宙知識

在即將相遇的之時，也是發射火星探測器最佳時間（也就是我們提到的窗口期），這樣探測器飛行縮短飛行時間和節省燃料。

這個周期26個月是根據地球公轉周期（1年或365.24天），火星公轉周期（1.88年既686.98天）由公式：t/T1-t/T2=1計算得出。t（相遇周期）=779.94天（地球天）。

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所以窗口期的間隔就是&34;間隔，錯過這次得再等兩年多，就是這麼來的。

宇宙知識3——探測器不是直接飛向火星

有了公式和周期，我們可以精準的算出每一次相遇的時間。但這個時間並不是發射時間，需要提前發射。道理很簡單，火星探測器需要一段飛行時間，等到最近的時候再發射，探測器只會直接飛離火星，火星會落後得越來越遠。


這就好比跑接力比賽，地球跑內圈，火星跑外圈，且地球比火星快（角速度），等到並排（相遇）的時候再伸出接力棒（火星探測器）時，為時已晚，接力棒只會伸到隊友身前，隊友沒法接棒。正確的是提前伸出接力棒，當並排時候，剛好接住，所以需要提前發射火星探測器。

那麼需要提前多久？我想科學家們不會（像我們）傻到直接用最短距離除以飛行速度。實施上火星探測器也不是直接就飛向火星的，那樣的飛行軌道，需要不斷的消耗燃料加速來抵消太陽的引力，太不經濟。而且以目前人類的技術水平，還不具備可以發射裝足夠多燃料（噸位）的能力。

多國為何扎堆發射火星探測器？原因在於這些宇宙知識

所以發射火星探測器需要一個省力（且時間也不會太長）的方式——霍曼轉移軌道。

宇宙知識4——霍曼轉移軌道

什麼是霍曼轉移軌道？

多國為何扎堆發射火星探測器？原因在於這些宇宙知識

以我國的&34;為例。&34;天問一號&34;行星&34;飄&34;天問一號&34;希望號&34;龜兔賽跑&34;停站"時間有限，抓緊時間上車！沒趕上的請提前買票等下一班車！

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