03.03 太空飞船是如何飞到4亿公里外火星上的?

聿枫


太空飞船,如何飞到4亿公里外的火星上?

由于我们地球上的火箭技术的不足,并不能想往哪里发射就向哪里发射,因此在向太阳系各个行星发射探测器的时候是要提前严格计算轨道的,要不然到时候够不着就得动用非常宝贵的燃料来调整,甚至更多的时候如果轨道计算错误的话,即使动用全部的燃料也无法够着目标天体,那么我们就可以判断,这个探测器失败了。

探测器的发射一般都是朝着地球绕太阳公转的前进方向,因为这样可以叠加地球公转的速度,并且需要计算好探测器到达目标位置时火星刚好出现在合适的位置,那么已经到达轨道顶点的探测器将会被火星的引力捕获。当然现在如果火箭的推力比较大,赶时间到达火星轨道上了的话,就需要减速,减速有两个方法:一是用燃料反推来减速,二是用火星的引力来减速

引力弹弓的另一种用法:减速,比较节省燃料

当然这里要强调一下的是火星与地球之间的距离是会改变的,从最近的5500万千米-4亿千米不等,原因是火星与地球的轨道相对位置差异,因此探测器所经过的路程不会是最短的5500万千米,也不是最远的4亿千米,一般探测器需要经过8-9个月才能到达火星,折合约为1.5亿-2亿千米左右。

区别比较大的是脱离地球轨道时的轨道,如果火箭推力足够,那么上面级火箭会将探测器送入地火转移轨道,一般NASA和ESA这种做法比较多,因为他们的火箭推力和技术储备都不错;上图是印度的“曼加里安”火星探测器用霍曼转移的精髓慢慢磨蹭到远地点是火星的大椭圆轨道上。

如果到了这样个时候,就基本算是成功了。


星辰大海路上的种花家


目前,我们的航天器的续航能力是很弱的。飞向火星,不是我们想象的,加满燃料,用火箭推进器,一路高歌,跑到火星了。

我们目前航天器在太阳系航行,主要还是靠星球的引力。

首先,我们要有足够的动力,飞出地球及相关其他星球的引力范围。这点,我们在中学读书的时候,就有第一宇宙速度的介绍。

其次,飞出以后,要进入到太阳系航线的轨道。也就是顺着某个既定方向,用合适的速度航行。

接着,就要进入火星的引力范围。但火星本身也在运动,在公转。这就需要非常精确计算轨道,飞的不好,就飞离火星了。或者就是进入火星引力范围的角度、位置不佳,失控后坠毁,都是有可能。

航天器在太空只携带很少量的推动剂,来改变方向、姿态、与速度。这比我们平时想象的开飞机、开火车要复杂、麻烦的多。

目前,在长距离星系航行中,离子发动机,还是首选。因为它可以累积动量,在长时间的星际航行中,获得巨大动量。它的原理是携带燃料(就是一些元素),通过太阳光产生的电能,电离这些原子,离子抛出后,飞行器获得反向动量。

长距离飞行,还有一个要素,就是刚才说的轨道。这属于天体力学中的定轨、变轨问题。这个问题也是非常有意思的天文问题。


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