行星|今年火星距地球最近时为6300万公里，天问一号为啥要飞6个半月？( 二 ) 航天器|火星探测器

因此发射火星探测器，最节省燃料旅途最短的就是地火相冲的年份。今年就是相冲年，地火最近距离时为6300公里。但这并不等于发射的航天器只要飞行6300公里就能够到达火星，因为地球在走，火星也在走，而且还要本着节省燃料的原则走最佳路线。
航天发射遵循的最重要原则是节省燃料。
这是因为迄今为止，人类发射航天器除了把航天器送上天，就再也带不了更多的燃料。
由于脱离地球引力需要巨大能量消耗，而且这种消耗主要用在火箭自身质量和燃料消耗质量上，真正的有效载荷占比重很小。比如上世纪美国发射登月飞船采用土星五号火箭，起飞重量达到3038.5吨，进入月球轨道的有效载荷才有45吨，也就是说85%以上的重量都是用于发射。
而我国发射“天问一号”用的长征五号遥四运载火箭（昵称“胖五”），发射重量达到870吨左右，而进入火星转移轨道的“天问一号”只有5吨左右，其中载荷的90%以上都是用于火箭本体和燃料。只有5吨的“天问一号”还能够携带多少燃料？
发射进入轨道的航天器如果要携带更多的燃料，火箭携带的发射燃料就需要更多，这样起飞重量就成指数级增加，这就是一个极大的矛盾。所以深空探测器的发射最重要的就是本着最节省燃料的原则。
由此，探测器就不能完全依靠自身携带的燃料来提速和减速，而是要充分利用天体引力弹弓效应，并且要选择一个节省原料的最佳路线。
飞往火星探测器一般采用的都是霍曼转移轨道方式。
目前飞往火星有三种路线方式，即霍曼转移轨道、快速合点航行和冲点航行。快速合点航行行程似乎是最短的，也是燃料消耗最大的，一般很少采用；冲点航行是发射的航天器围绕着太阳转了一个圈，看起来当火星到达地球的冲点最近时会合着陆，但其实航程并不短；现在一般采用的是最节省燃料的霍曼转移轨道，但这种航程都在4亿公里以上。
在太空动力学中，霍曼转移轨道是一种变换太空船轨道的方法，途中只需要两次引擎推进，将航天器从低轨道送往高轨道，到达霍曼转移轨道。这样探测器就由椭圆轨道的近拱点抵达远拱点，再瞬间加速，进入火星目标轨道。
实际上霍曼转移不但可以升高轨道，也可以降低轨道。当探测器到达火星被火星引力捕获后，就可以通过霍曼转移降低轨道，到达理想的绕火星轨道。这种转移是通过减速实现的。
霍曼转移遵循的原理见下图。
这样实际上飞往火星的时间和航程就大大延长了。
我国发射的天问一号采用的大概就是霍曼转移方式，其行程与2018年NASA发射的洞察号火星探测器差不多，费时也差不多。洞察号于2018年5月5日发射， 11月26日到达，用时206天，行程4.85亿公里，平均时速为9.8万公里，秒速达到27公里。
因此看起来，深空探测器的发射远远不是达到第二宇宙速度那么简单，而是超过了第三宇宙速度了。也就是说，前往火星的探测器飞行速度最低要达到11.2km/s ，而实际上在征途中远远不止这个速度。
那为什么这些探测器没有飞出太阳系去呢？这就是深空探测器在发射和管理过程中，需要娴熟掌握加速和减速技术了。而霍曼轨道转移技术的控制就是非常重要的一项技术，而且还要利用引力弹弓效应。
火星可不比月球，行程距离是月球的近1000倍，导航和精准控制技术要求很高，提升轨道和降低轨道拱点要把握精确，稍有差池，探测器就会不知所踪或撞毁。这也是一些国家发射了很多火星探测器无一成功的原因，实际上我国第一艘火星探测器“萤火”号就是因搭载的俄罗斯探测器失败而失败的。
在此祝愿天问一号按时到达目标。欢迎讨论，感谢阅读。
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