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为何比来列国扎堆去火星?一文讲清火星发射窗口

  比来火星发射档期有点满。阿联酋的“但愿”开始出发,中国7月23日收回“天问”,美国则把“毅力”留到了7月尾。要不是疫情耽误了,欧空局和俄罗斯协作的“罗莎琳德·富兰克林”本来也会凑这个繁华。

  为何去火星要扎堆?本来,2020年7月下旬至8月上旬是本轮的火星发射窗口,错过了这段工夫,那就要像欧空局同样比及26个月以后了。

  火星发射窗口与火星、地球、太阳的绝对地位无关。要把握出这些天体的“谜之走位”,咱们才干找到一条省时又省油的最好道路。

  地火比来

  尽人皆知,太阳系如今有八大行星,从里往外,地球排老三,火星排老四,是个块头比地球小的白色邻人。

  依据离心力公式和引力公式,咱们能够得出越外圈的行星角速率越小。因而,火星绕着太阳跑圈要比地球慢上一拍,公转周期约为687个地球日。地球偶然候在追逐火星,偶然候又在阔别火星,约莫每26个月会相遇一次。地火间隔比来时5600万千米,最远到达4亿千米。以地球视角,在地球“超车”火星的那段工夫,火星会长久呈现“逆行”。

  正因如斯,火星在中国古称“荧惑”:色彩荧荧似火,行迹使人困惑。插句题外话,由顺行转逆行/由逆行转顺行的那段工夫,火星会在视觉上出现出长久的逗留。假如逗留的地位恰好是心宿(天蝎座),便是前人以为大凶的星象“荧惑守心”。

  言反正传。要找出火星发射窗口,咱们直观上的第一思索是火星和地球之间间隔比来的时辰,即“地火比来”。

  每隔约莫26个月,地球会前进到太阳和火星之间,连成一条直线,称作“火星冲日”。在这段工夫,每当太阳刚从西边落下,火星就从东边升起。而每当太阳从东边升起,火星又恰恰从西边落下,因而整夜可见。而且,此时火星在夜地面非常亮堂,是欣赏火星的最佳时机。

  假如行星轨道是个正圆,那日地火三点一线时,明显也恰好是地火比来。但在理想中,地球和火星的轨道都是卵形,且火星的轨道比地球还要略扁平一些。因而,“火星冲日”和地火比来其实不必定堆叠。

“地火最近”与“火星冲日” 来源:NASA 下同“地火比来”与“火星冲日” 根源:NASA 下同

  从上图就能够看到,2016年5月22日发作火星冲日,但5月30日才是地火比来。

  约莫每隔15到17年,火星冲日会发作在火星克日点左近,称作“火星大冲”。此时,地火间隔也会非分特别地近。因为地球轨道和火星轨道其实不完整处于统一立体上,且遭到其余天体的引力影响不时微调,“火星大冲”时的地火间隔也非牢固。

火星轨道和地球轨道不在一个平面火星轨道和地球轨道不在一个立体

  上两次火星大冲发作在2018年7月和2003年8月。2003年的那次火星大冲,地火间隔缩到了约5576万千米,为近6万年来最短!

  省油轨道

  那末,咱们是否是该在地火比来的时分发射火星探测器呢?实在并非。除了工夫本钱,迷信家和工程师们还要思索紧张的燃料本钱。

  火星探测器并不是直线扑向火星,在地球引力和发射能源的两重影响下,它以一道曲线进入太空,焚烧进入一个轨道,随后熄火进入惯性滑行,等候火星离开以后,再焚烧促进。

  这两头的道路计划能够有多条,但最省燃料的一种便是“霍曼转移轨道”。经过这类体式格局,遨游飞翔器能够封闭引擎滑行最长的间隔。

  以下图所示,霍曼转移轨道因此太阳为此中一个核心的椭圆轨道,与低轨道(地球轨道)和高轨道(火星轨道)都订交。

  外地球运转到霍曼转移轨道的克日点,遨游飞翔器启动发射,减速分开低轨道;而当火星运转到霍曼转移轨道的远日点,遨游飞翔器启动转移,减速进入高轨道。

霍曼转移轨道霍曼转移轨道

  固然,遨游飞翔器必需在准确的工夫窗口内发射,才干恰恰在霍曼转移轨道的远日点和火星相遇,被火星引力捕捉。这就仿佛大范畴转移传球,需求预判队友的跑位。适宜的出脚时机,也是每26个月呈现一次。

  下一次白色星球来临霍曼远日点的日期,是2021年2月11日。也便是说,这一零售射的探险懦夫们,还要流浪快要7个月。

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中国初次火星探测

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