□ 佛罗里达大学 胡 晓



比火星救援更快

□ 佛罗里达大学 胡 晓

《火星救援》终于在国内公映，成了最近的话题之作，在北美市场也是票房口碑双丰收。电影的英文片名 The Martian 概括了马克•沃特尼（马特•达蒙饰）在火星求生的过程，而中文译名似乎更偏向于高潮部分：最终的救援计划风险太大，以至于美国航天局（NASA）一直没能下定决心，反而是赫尔墨斯号（Hermes）上的乘员们孤注一掷决心利用地球引力变轨，最终回到火星，在茫茫太空中抓住飘荡的主角。这样的安排对于电影来说堪称完美：既有扣人心弦的险境，也不失科学上的可行。不过我们不禁要问，难道现实中的NASA真的无计可施，只能如此冒险吗？

现有的载人火星计划

要回答这个问题，我觉得有必要先介绍一下人类目前是如何计划从地球到火星的。

从地球发射火箭到火星，最基本的思路就是找到一条连接地球和火星的椭圆轨道。右图中蓝色的轨道就是航天器最常用的变轨方式——霍曼转移轨道。在飞船脱离地球引力进入和地球同步的绕日轨道之后，在合适的位置进行加速，就能进入一条能量更高的和火星轨道相切的椭圆轨道。一般而言，这个合适的位置位于地球的近日点，此时地球相对太阳的速度最快，在这种时候进行加速，可以获得最大的动能增益——对于航天器来说，一旦进入轨道，变轨的主要限制就在于发动机能提供的速度增量，不管航天器处于什么速度（当然是远低于光速的“低速”），发动机燃烧等量燃料时产生的速度变化总是常数。……