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发信人: dxmxqe (在等待), 信区: Aero
标  题: 火星探测三大缪闻
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年02月11日14:02:01 星期三), 站内信件

http://www.china-spacenews.com 特别推荐  2004年1月21日

 
　　2003年6月、7月间先后发射的火星快车、勇气号和轨道号三个火星探测器，已分别于
去年12月和今年1月、2月陆续到达火星，勇气号火星车已成功降落到火星表面，开始发回
第一批火星照片，地球人的火星热再度回升。
　　许多报刊和杂志在报道这一消息时往往称，由于去年火星出现几万年一遇的大冲，火
星地球之间的距离非常近，所以欧、美选择在大冲时发射火星探测器，使飞往火星的路程
最短。这种说法流传甚广，实际上是错误的，以讹传讹。为了给公众以正确的航天知识，
本报特请专家对报道中出现的问题作一一解释。

距离越近并非路程越短
　　火星冲日时，太阳、地球与火星在一直线上，此时火星距离地球最近，只有6000万千
米～8000万千米，2003年近达5600万千米，对观测火星来说，这的确是千载难逢的好机会
。也许你认为，这时如果从地球上正对火星发射一个探测器，沿地球火星两点之间的直线
飞行，不是旅程最短吗？答案是“不可能”。
　　由于太阳引力作用，探测器不可能正对火星方向飞行。尽管探测器起始速度可以超过
第2宇宙速度（11.2千米/秒），但探测器脱离地球引力以后，并不朝着火星飞去，而是以
地球给予它的29.8千米/秒的高速，像地球一样，在太阳引力作用下，沿以太阳为焦点的椭
圆轨道飞行；由于火星不是静止的，而是不停地沿着自己绕太阳的轨道运行，即使探测器
能正对火星飞行，它也不可能遇上火星。
　　火星探测器的轨道一般情况下都是以太阳为焦点的椭圆轨道。飞行的路程长短取决于
起始速度。起始速度越大，走的椭圆轨道的半长轴越长，到达火星轨道前飞行路程越短。
（请参见表1）。
　　飞行路线Ⅰ要求的起始速度最小，是最省能量的轨道，但路线较长，探测器从与地球
轨道相切的近日点出发，走完半个椭圆，到轨道远日点与火星轨道相切（参见图1）。所以
飞行路线Ⅰ又称双切轨道。当起始速度增加到16.57千米/秒时，火星探测器将沿以太阳为
焦点的抛物线轨道飞向火星轨道，时间缩短到只有70天，但探测器的能量需要增加一倍。
　　迄今为止，火星探测所用的轨道基本上在路线Ⅰ和 Ⅱ之间，飞行时间大都在180天～2
40天之间。

火星探测器不能随时发射
　　表1告诉我们，只要达到一定的起始速度，探测器就能或长或短在预定时间内到达火星
轨道，而不是到达火星。由于火星是在轨道上按自己的规律运行着。为了使探测器在到达
火星轨道时，火星也正好运行到同一点与之相会，否则，岂不是白跑一趟。这就要求探测
器从地球上出发时，火星与地球之间有一个特定的相对位置，这一相对位置对应的时间就
叫发射窗口。由于探测器走得快，火星走得慢，所以探测器从地球发射时，火星应在地球
前方某一个位置。
　　对于最省能量的双切轨道而言，发射时，火星应在地球前方42°（用太阳－火星连线
与太阳－地球连线所成的日心角表示）这个角称为前置角α（参见图2）。当前置角α=0时
，就是火星冲日。已知火星绕太阳公转的周期是687天，地球公转的周期是365天，根据公
式：（地球公转周期×火星公转周期）/（火星公转周期—地球公转周期），可以算出地球
与火星的会合周期是780天，即26个月，天文学上的所谓“会合周期”是指火星前后两次冲
日（α=0）相隔的时间。
　　实际上,对于任一个特定的火星与地球的相对位置(即任一特定的前置角)，都存在一个
会合周期，也就是每隔26个月出现一次。例如，双切轨道的发射窗口要求前置角为42°，
如果错过这个位置，下次再出现42°就要等到26个月以后，实际发射时允许的前置角可以
有±5°的变化，也就是发射窗口是一小段时间，前后大约20天。所以火星探测器随时发射
的想法是不对的。

发射窗口与火星冲日无关
　　从上面分析，我们看到火星探测器的发射窗口与火星冲日具有同样的重复周期26个月
，发射窗口与火星冲日的日子相距很近。但这是两个“独立事件”。发射窗口的选择与火
星冲日没有关系。
　　火星探测器一般选择在前置角α=20°～40°之间，即地球位于火星后方20°～40°的
某一值；地球在轨道走得比火星快，所以α从20°～40°缩小为0°，大约仅需60天～90天
，即2个月～3个月。例如，2003年3个火星探测器的发射时间分别为6月2日、6月10日和7月
7日，与8月29日火星冲日相隔分别为78天，70天和53天。由于发射窗口与火星冲日的时间
总是相距很近，使人们误以为，为了缩短旅程而必须在火星冲日时（或附近）发射探测器
。
 

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