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带你走进火星发射窗口

2020-07-24 来源:cnBeta.com  浏览:    关键词:

带你走进火星发射窗口

火星发射窗口与火星、地球、太阳的相对位置有关。众所周知,太阳系现在有八大行星,从里往外,地球排老三,火星排老四,是个块头比地球小的红色邻居。

根据向心力公式和引力公式,我们可以得出越外圈的行星角速度越小。因此,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。地球有时候在追赶火星,有时候又在远离火星,大约每26个月会相遇一次。地火距离最近时5600万公里,最远达到4亿公里。以地球视角,在地球“超车”火星的那段时间,火星会短暂出现“逆行”。

要找出火星发射窗口,我们直观上的第一考虑是火星和地球之间距离最近的时刻,即“地火最近”。

每隔大约26个月,地球会行进到太阳和火星之间,连成一条直线,称作“火星冲日”。在这段时间,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,火星又恰好从西边落下,因此整夜可见。并且,此时火星在夜空中十分明亮,是观赏火星的最好机会。

火星探测器并非直线扑向火星,在地球引力和发射动力的双重影响下,它以一道曲线进入太空,点火进入一个轨道,随后熄火进入惯性滑行,等待火星来到之后,再点火推进。

这中间的路线设计可以有多条,但最省燃料的一种就是“霍曼转移轨道”。通过这种方式,飞行器可以关闭引擎滑行最长的距离。

霍曼转移轨道是以太阳为其中一个焦点的椭圆轨道,与低轨道(地球轨道)和高轨道(火星轨道)都相交。

当地球运行到霍曼转移轨道的近日点,飞行器启动发射,加速离开低轨道;而当火星运行到霍曼转移轨道的远日点,飞行器启动转移,加速进入高轨道。

当然,飞行器必须在精确的时间窗口内发射,才能恰好在霍曼转移轨道的远日点和火星相遇,被火星引力捕获。这就好像大范围转移传球,需要预判队友的跑位。合适的出脚机会,也是每26个月出现一次。

下一次红色星球降临霍曼远日点的日期,是2021年2月11日。也就是说,这一批发射的探险勇士们,还要漂泊将近7个月。

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