4億公裡的火星之旅，天問一號是如何規劃的
2020-08-02 阿若工作室
長徵五號遙四點火升空。拍攝：Tea-tia
從地球到火星：路上有多遠？
每26個月，地球上會有一小段時期特別適合發探測器去火星，這時地球和火星近距離約為5500萬公裡，而地火最遠距離則超過4億公裡。事實上，人類六十年火星探測史上，絕大多數探測器都是在這樣的「火星發射窗口」出發的。
最近的這個火星發射窗口就是今年7月～8月，不只是我國的天問一號，NASA的毅力號火星車（計劃7月30日發射），阿聯的希望號（已在7月20日發射）都選在這個窗口發射。
很多人會簡單地認為，這樣的「時機」特殊之處在於能讓探測器最快抵達火星，或者說用最短的時間、以最近的路程抵達火星。但恰恰相反，火星探測器優先選擇的是一條更加漫長和遙遠的旅途（也就是「地火轉移軌道」）。因為對大多數不載人的探測器來說，路上多花點時間根本不是事兒，但燃料卻是「無價之寶」，在火箭運力一定的情況下，探測器需要消耗的燃料越少，就越能多帶點其他有用的東西，比如帶更多科學儀器，進而有更多科學產出。
一言以蔽之：又省燃料又路程短又快，不存在的。
有賴「胖五」的運力加持，發射後的天問一號可以一次性獲得足夠大的速度，能被直接送入地火轉移軌道。而如果火箭運力不足以讓探測器達到足夠高的速度（軌道）的話，探測器就需要先在地球繞上幾圈（被送入地球停泊軌道），再通過自己消耗燃料點火一點一點加速（抬升軌道），最終進入地火轉移軌道。火箭能力越強的話，不僅能發更重的探測器，帶更多東西，而且還能幫探測器省更多燃料。
印度曼加裡安號軌道：先經過地球停泊軌道的抬升，再進入地火轉移軌道。來源：ISRO
探測器在地火轉移軌道飛行一段時間後就能與火星自然「相遇」，途中無需一直消耗燃料，只需在擇機進行的幾次點火修正軌道時消耗少量燃料即可。換言之，在火星發射窗口出發，從地火轉移軌道飛向火星，這是一條儘可能節省燃料的路線，代價則是需要花費很長的時間，飛很長的路途。
探測器經地火轉移軌道與火星「交會」的示意圖。來源：NASA
按目前公布的信息來看，天問一號的地火轉移之旅需要在路上花費約6個半月，飛行距離約4億公裡，大約於2021年2月抵達火星附近。
發射條件（選自《科學家奶爸的宇宙手繪》）
發射火星（選自《科學家奶爸的宇宙手繪》）
太空變軌：霍曼轉移（選自《科學家奶爸的宇宙手繪》）
火星登陸計劃（選自《科學家奶爸的宇宙手繪》）
是不是還有很多問題，比如：
天問一號想要登陸火星需要克服哪些困難？
天問一號要走多久才能到火星？是一條直線直達火星嗎？如何才能安全的降落在火星上？
都有哪些探測器去過火星了？
在我們的天問一號之前都有哪些探測器已經去過火星了？他們在火星上都幹了些啥？
我們如何跟探測器通訊？可以發信息打電話嗎？
想要和火星上的探測器取得聯繫，需要哪些設備？支持哪些通訊方式？文字？圖片？視頻？會有延遲嗎？延遲會有多久？
人類真的可以在火星上居住嗎？
火星上天氣怎麼樣？火星上真的能建房子嗎？在火星上吃什麼？
一同走近火星
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