火星是我們地球的鄰居，也是目前為止人類最適合移居的星球。為了探索研究火星，人類投入了大量的精力，美國從60年代開始，就發射了許多探測器火星車去往火星，最近SpaceX的馬斯克更是把將人類移民去火星當成SpaceX的主要目標。我們中國最近也發射了天問一號前往火星，開始了我們中國人自己的火星探索之旅。
我們注意到，今年無論是我們國家的天問一號，阿聯的火星探測器，美國毅力號火星車都是在今年7月份前後發射出去的，而最近的新聞卻告訴我們，10月6日是地球與火星距離最近的時間，為何不在這個時間把火箭發射出去呢？
軌道的基本知識
為了理解火箭在7月份發射的原因，需要了解一些軌道的基本知識。
地球與火星都是都是圍繞太陽在運動，為了便於理解，我們把它們的軌道都簡化成圓形，火星的軌道更大一些。
我們在日常生活之中都有這樣的體驗，用一個繩子拉著一個重物做圓周運動，我們的手會感到有一個拉力。繩子長度一定時，讓這個重物轉得越快，這個拉力越大。
這樣一種想要飛出去的趨勢，可以假定為一種虛擬的力，離心力，它的公式為F離=mv/r。其中m為質量，v為速度，r是軌道的半徑。
在太陽系之中，太陽可以理解成人的手，地球與火星就是那個重物了。那牽住地球與火星不讓它們飛走的繩子又是什麼呢，這個無形的繩子就是萬有引力了。萬有引力的公式為F萬=GMm/r，其中G為萬有引力常數，M為其中一個物體的質量，在太陽系中可以理解成太陽的質量，m為另外一個物體的質量，在太陽系中可以理解成地球或者火星的質量，r為軌道半徑。
要是一個物體的軌道穩定，必須使F離=F萬。這個等式的兩邊都有m可以消去，可以理解為在圓形軌道上物體的速度只與軌道有關，與物體本身質量無關。
霍曼轉移軌道
地球與火星處於太陽不同的軌道之上，他們的速度不一樣，地球通常是365天圍繞太陽轉一圈，火星通常是687天圍繞太陽轉一圈。這意味著它們的角速度不一致，地球與火星的距離時時刻刻都在變化之中。我們不能直直向地球外部發射一枚火箭到達火星，這也就決定了不能在10月6日與火星最近的時候發射火箭。
那我們是怎樣把載荷送到火星的呢，是否考慮到火星和地球的相對速度，然後直直地向上發射一枚火箭，然後到達火星被火星引力捕獲呢。
不是的，太空飛行器走的是一條通常情況下最節省燃料的軌道，被稱作霍曼轉移軌道。
我們首先把需要去火星的載荷發射到地球的低軌道上，它和地球一起圍繞著太陽轉，在載荷到達綠線和黃線相交的地方，利用火箭發動機對在載荷進行一次加速。
離心力的公式是F離=mv/r，當速度增加之後，也就是v變大，離心力會變大，此時的萬有引力已經不足以將載荷束縛在原有軌道之上，它會遠離太陽，在遠離的過程中需要克服重力做功，速度不斷減小。
到達黃線和紅線的交接處之後（紅線就是火星軌道），速度已經很小，這時候的離心力是小於萬有引力的，它的軌道會不斷的變小，同時速度不斷增大，如果不做幹預，會形成一個橢圓軌道。
但如果在黃線和紅線的交接處讓載荷進行一次加速，使離心力與萬有引力相等，那麼載荷就可以進入紅線（火星）的圓軌道了。當然，我們需要考慮好地球和火星的相對速度，使得載荷到達火星軌道的時候，火星也剛好運行到那裡，所以每兩年多才有一個去往火星的窗口期。
基本上這就是我們將載荷送入火星軌道的方法，也是載荷在送入火星軌道的過程中需要多次加速的原因。
好了，今天就到這裡，歡迎大家關注我，下次再見。