成功登陸火星將是人類(lèi)開(kāi)啟星際旅行時(shí)代以來(lái)，在外太空建立的一個(gè)重要戰(zhàn)略支點(diǎn)，因?yàn)閺幕鹦侵修D(zhuǎn)出發(fā)，人類(lèi)將能夠獲得更大的宇宙縱深。與登陸月球相比，火星實(shí)地考察的難度明顯更大，不僅距離遠(yuǎn)，火星上惡劣的環(huán)境也給探測(cè)活動(dòng)增添了許多不確定性因素。

從理論上說(shuō)，從地球到火星的路線有很多種，但是考慮到時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)限制，我們必須選擇一條最佳軌道完成任務(wù)，而這條最佳軌道只有在地球與火星相對(duì)位置滿足合適條件的時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)。這個(gè)相對(duì)合適位置所對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)間段就被稱(chēng)為發(fā)射窗口。一旦錯(cuò)過(guò)這個(gè)窗口，我們就必須等待下一個(gè)窗口，而這一等就將是漫長(zhǎng)的26個(gè)月 。

為什么是26個(gè)月呢？由于地球和火星都在圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩者的相對(duì)位置不斷變化。當(dāng)它們距離最近時(shí)，也被稱(chēng)為相沖，即太陽(yáng)、地球和火星同處一條直線上，此時(shí)發(fā)射探測(cè)器明顯更經(jīng)濟(jì)。出現(xiàn)相沖的時(shí)間間隔被稱(chēng)為會(huì)合周期，通常我們認(rèn)為會(huì)合周期就是發(fā)射窗口出現(xiàn)的周期。地球與火星的會(huì)合周期是26個(gè)月，因此探測(cè)火星的發(fā)射窗口每隔26個(gè)月出現(xiàn)一次。

太陽(yáng)系八大行星中，屬火星的會(huì)合周期最長(zhǎng)了，因此其發(fā)射窗口出現(xiàn)的機(jī)會(huì)也最少，其次就是金星了。水星發(fā)射窗口出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多，每隔116天就出現(xiàn)一次，其他行星的會(huì)合周期基本在1年左右。

大家都知道，兩點(diǎn)之間直線最短，依據(jù)此理，似乎應(yīng)當(dāng)把探測(cè)器徑直地送入火星，以求不走彎路，但是探測(cè)器不可能搭載如此多的燃料隨心所欲，所以我們應(yīng)當(dāng)選擇一條能耗最低的路線，而不是距離最短的路線。

探測(cè)器如何節(jié)省能量呢？只能找太陽(yáng)借力了！經(jīng)過(guò)科學(xué)家們計(jì)算，最佳軌道只有一條，那就是外切于地球公轉(zhuǎn)軌道，同時(shí)內(nèi)切于火星公轉(zhuǎn)軌道的橢圓軌道。這條軌道是奧地利科學(xué)家霍曼在1925年提出來(lái)的，因此也被稱(chēng)為“霍曼軌道”。在科幻小說(shuō)《三體》第二部《黑暗森林》中，中國(guó)太空軍在探討宇宙航行動(dòng)力的推進(jìn)方式時(shí)，最終采取的就是“霍曼軌道”飛行。

編后語(yǔ)：如果你想向科學(xué)家提問(wèn)，就快快給我們投稿吧！

投稿郵箱：jswzkxsn2011@126.com

(本文摘編自《中國(guó)航天報(bào)》飛天科普周刊。本欄目合作單位：中國(guó)載人航天工程網(wǎng)http://www.cmse.gov.cn/)