太空飛船是如何飛到4億公里外火星上的?

聿楓

目前,我們的航天器的續航能力是很弱的。飛向火星,不是我們想象的,加滿燃料,用火箭推進器,一路高歌,跑到火星了。

我們目前航天器在太陽系航行,主要還是靠星球的引力。

首先,我們要有足夠的動力,飛出地球及相關其他星球的引力範圍。這點,我們在中學讀書的時候,就有第一宇宙速度的介紹。

其次,飛出以後,要進入到太陽系航線的軌道。也就是順著某個既定方向,用合適的速度航行。

接著,就要進入火星的引力範圍。但火星本身也在運動,在公轉。這就需要非常精確計算軌道,飛的不好,就飛離火星了。或者就是進入火星引力範圍的角度、位置不佳,失控後墜毀,都是有可能。

航天器在太空只攜帶很少量的推動劑,來改變方向、姿態、與速度。這比我們平時想象的開飛機、開火車要複雜、麻煩的多。

目前,在長距離星系航行中,離子發動機,還是首選。因為它可以累積動量,在長時間的星際航行中,獲得巨大動量。它的原理是攜帶燃料(就是一些元素),通過太陽光產生的電能,電離這些原子,離子拋出後,飛行器獲得反向動量。

長距離飛行,還有一個要素,就是剛才說的軌道。這屬於天體力學中的定軌、變軌問題。這個問題也是非常有意思的天文問題。


令狐迦基

太空飛船,如何飛到4億公里外的火星上?

由於我們地球上的火箭技術的不足,並不能想往哪裡發射就向哪裡發射,因此在向太陽系各個行星發射探測器的時候是要提前嚴格計算軌道的,要不然到時候夠不著就得動用非常寶貴的燃料來調整,甚至更多的時候如果軌道計算錯誤的話,即使動用全部的燃料也無法夠著目標天體,那麼我們就可以判斷,這個探測器失敗了。

探測器的發射一般都是朝著地球繞太陽公轉的前進方向,因為這樣可以疊加地球公轉的速度,並且需要計算好探測器到達目標位置時火星剛好出現在合適的位置,那麼已經到達軌道頂點的探測器將會被火星的引力捕獲。當然現在如果火箭的推力比較大,趕時間到達火星軌道上了的話,就需要減速,減速有兩個方法:一是用燃料反推來減速,二是用火星的引力來減速

引力彈弓的另一種用法:減速,比較節省燃料

當然這裡要強調一下的是火星與地球之間的距離是會改變的,從最近的5500萬千米-4億千米不等,原因是火星與地球的軌道相對位置差異,因此探測器所經過的路程不會是最短的5500萬千米,也不是最遠的4億千米,一般探測器需要經過8-9個月才能到達火星,摺合約為1.5億-2億千米左右。

區別比較大的是脫離地球軌道時的軌道,如果火箭推力足夠,那麼上面級火箭會將探測器送入地火轉移軌道,一般NASA和ESA這種做法比較多,因為他們的火箭推力和技術儲備都不錯;上圖是印度的“曼加里安”火星探測器用霍曼轉移的精髓慢慢磨蹭到遠地點是火星的大橢圓軌道上。

如果到了這樣個時候,就基本算是成功了。


分享到:


相關文章: