天文|想去火星？两年只有一次机会？听听专业人士怎么说( 二 )
至于这个44度角 ， 火星轨道周期为1.88年 ， 而通过前面的计算我们可以知道飞船从地球出发到达火星的时间是0.71年 ， 该时间占火星轨道总周期的37.8% 。 这就意味着 ， 在这0.71年里 ， 火星运行的角度为37.8%*360=136度 。 我们之前也提到过 ， 飞船出发 ， 最后到达太阳的另一边 ， 即与到达点与出发点相距180度 ， 这就意味着当航天器离开地球时 ， 火星必须在地球之前且与其夹角为44度 ， 才能形成完美的霍曼转移轨道 。
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图1-显示了霍曼转移轨道将飞船转移到火星的情况 。 可以看出 ， 火星在轨道上与达到点的角度为136度 ， 而地球与到达点的角度为180度 。
但这里存在一个问题就是 ， 火星和地球都被当做是在完美的圆形轨道上运行 ， 但事实并非如此 。
改善的方法:
问题是 ， 虽然地球的轨道非常接近一个完美的圆 ， 但火星的轨道的圆并不正 ， 且偏心率更大 。
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图2-显示了火星轨道的偏心率和不同区域的运行时间 。
从太阳到火星的距离在1.38AU到1.67AU之间 ， 相差了0.29AU ， 超过了地球到太阳距离的四分之一 ， 这个数字并不小 。 这意味着发射时的时间角度会根据火星在轨道上所处位置不同而有很大变化 。 作为参考 ， 地球的轨道变化大约在0.98AU到1.02AU之间 ， 相比而言小很多！
所以代入开普勒第三定律的数据是需要随着时间而变化的 ， 而结果也不是一定为259天和44度 ， 这两个数只是平均值 。
我在论文中计算了在未来30年左右霍曼轨道可能成功运行的时间 ， 没有在模拟中过多考虑其他细节 ， 但考虑了轨道大小的变化并把它们用图表表示出来 。
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希望你能看到这些图 ， 但最上面的那张图显示了从现在到2042年的每一天的火星方位（橙色线）和其中霍曼轨道可能成功运行的时间（蓝色线） 。
左下角显示的是飞船到达点和出发时火星位置之间的角度差（平均136度） 。
左下角显示的是飞船从地球到火星所需的时间（平均259天） 。
下面两个张图上的每一个点都是完美的霍曼轨道 ， 所以我们可以清楚地看到 ， 目前我们正在为地球到火星的短距离飞行留下一个非常好的窗口期 ， 直到2030年我们才能再次发射 。
下表是用来绘制这些图表的数据 ， 只留下了霍曼轨道可能成功运行的时间 。
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这些数据都是以地球和火星的固定参考点为基准 。 如果你把注意力放在最左边的日期栏 ， 你会发现 ， 在大多数情况下 ， 每隔两年就有一次霍曼轨道可能成功运行的最佳发射日期 。
总结
所以没错 ， 要想到达火星 ， 如果使用霍曼转移轨道 ， 我们确实只能每2年发射一次 ， 但是其他的太空旅行方法也是可以的 。 回顾图1 ， 如果要形成一个比火星轨道更大的霍曼转移轨道 ， 该轨道依然会经过火星轨道 ， 只不过它与火星轨道的交点就不再是上述与出发点相隔180度的地方了 ， 这意味着只要做出相应的调整 ， 我们其实可以在任意时间转移轨道 。 霍曼转移轨道的优点在于航天器在每条轨道上的速度变化很小 ， 计算非常简单 ， 而在其它转移轨道上 ， 所需能量更多 ， 计算也更为复杂 。
作者: quora- Robert Frost
FY: JuJunia
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