火星的发射窗口

成功登陆火星将是人类开启星际旅行时代以来，在外太空建立的一个重要战略支点，因为从火星中转出发，人类将能够获得更大的宇宙纵深。与登陆月球相比，火星实地考察的难度明显更大，不仅距离远，火星上恶劣的环境也给探测活动增添了许多不确定性因素。

从理论上说，从地球到火星的路线有很多种，但是考虑到时间成本、经济成本和技术限制，我们必须选择一条最佳轨道完成任务，而这条最佳轨道只有在地球与火星相对位置满足合适条件的时候才能实现。这个相对合适位置所对应的发射时间段就被称为发射窗口。一旦错过这个窗口，我们就必须等待下一个窗口，而这一等就将是漫长的26个月 。

为什么是26个月呢？由于地球和火星都在围绕太阳运转，两者的相对位置不断变化。当它们距离最近时，也被称为相冲，即太阳、地球和火星同处一条直线上，此时发射探测器明显更经济。出现相冲的时间间隔被称为会合周期，通常我们认为会合周期就是发射窗口出现的周期。地球与火星的会合周期是26个月，因此探测火星的发射窗口每隔26个月出现一次。

太阳系八大行星中，属火星的会合周期最长了，因此其发射窗口出现的机会也最少，其次就是金星了。水星发射窗口出现的机会最多，每隔116天就出现一次，其他行星的会合周期基本在1年左右。

大家都知道，两点之间直线最短，依据此理，似乎应当把探测器径直地送入火星，以求不走弯路，但是探测器不可能搭载如此多的燃料随心所欲，所以我们应当选择一条能耗最低的路线，而不是距离最短的路线。

探测器如何节省能量呢？只能找太阳借力了！经过科学家们计算，最佳轨道只有一条，那就是外切于地球公转轨道，同时内切于火星公转轨道的椭圆轨道。这条轨道是奥地利科学家霍曼在1925年提出来的，因此也被称为“霍曼轨道”。在科幻小说《三体》第二部《黑暗森林》中，中国太空军在探讨宇宙航行动力的推进方式时，最终采取的就是“霍曼轨道”飞行。

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(本文摘编自《中国航天报》飞天科普周刊。本栏目合作单位：中国载人航天工程网http://www.cmse.gov.cn/)