作者:百思科技|沈邱
田文1号于2020年7月23日发射，经过近7个月的漫长旅程，将于2021年2月10日左右进入火星轨道。我国自主研发的70米口径通用天线，也是亚洲最大的单口径天线，也将正式上岗，专用于“接收”火星信号！那么，为什么要飞近七个月才这么久呢？你能快点吗？
火星绕地球运行。
说实话，以现在的技术水平，很难走得更快。要知道，地球和火星最近的距离大约是5500万公里，最远的距离大约是4亿公里。如果把地球看成静止的，火星每780天移动到离地球最近的位置，也就是两年多一点，称为地火交会期。这一次，田文1号的发射正好赶上了地球大火的近距离。
2000年至2030年地球与火的距离(1AU相当于1.5亿公里)
田文一号离开地球时的速度约为33公里/秒，随着与地球距离的增加速度逐渐降低，接近火星时约为22公里/秒。
田文-1自拍
有人可能想说，你以为我看不懂数字。如果5500万公里的最近距离除以22km/s的速度，那就是29天左右；从2020年7月23日到2021年2月10日，有202天的差距，将近7个月。差别真大！
沃尔特·霍曼
其实这里有一个误区。飞船通常不走从地球到火星的最短路线，而是走一条叫做“霍曼转移轨道”的路线。沃尔特·霍曼(1880-1945)是德国工程师。他在1925年出版的一本书中展示了霍曼转移轨道。下面简单介绍一下什么是霍曼转移轨道。
霍曼转移轨道是椭圆轨道(图中黄线)。
如果飞船准备从标记为1的圆形轨道(上图中蓝色圆圈)出发，进入圆形轨道3，如何最省燃料？一个简单易行的方法是通过1到3之间的椭圆轨道运行。具体实现方法见下图。图中飞船首先在轨道1上加速，从圆形轨道1变为椭圆形轨道2，然后关闭发动机。当飞船根据惯性飞到椭圆轨道的顶点，即与圆轨道3相交的位置时，再次加速变轨，进入圆轨道3。
霍曼转移轨道
因此，只有经过两次加速变轨，航天器才能从轨道1升至轨道3，这就是霍曼转移轨道。霍曼转移轨道也是对称的。当飞船从轨道3飞回轨道1时，需要减速两次，消耗相同的能量。可以证明，在这个简单的情况下，霍曼转移轨道消耗的燃料最少。以从地球去火星为例，走标准的霍曼转移轨道需要9个月左右。
田文一号的飞行路线示意图
田文一号没有遵循标准的霍曼转移轨道。2020年10月9日，田文一号进行了深度空机动。火箭上3000牛顿推力的主发动机工作了480秒，相当于改变了轨道。因此，田文1号到达火星的时间超过6个月，比采取标准霍曼转移轨道的时间要短。当我们到达火星时，田文一号的总飞行距离为4.7亿公里，远高于地球火灾之间5500万公里的最近距离。
田文一号
那么问题是:田文1号能更快地去火星吗？答案是:不会，为什么？简单来说，飞船携带的燃料是有限的。如果你想跑得更快，你必须在飞行中多次点燃它。多次点火不是问题，问题是你不能多次点火——没有那么多燃料。让我们看看田文一号的燃料都用在哪里了。
田文一号拍摄的地球和月球照片。
Q从地球进入地火转移轨道的第一天，全家整整齐齐5吨重。在这五吨中，环绕火星飞行的轨道飞行器重3.175吨，火星车重240公斤，携带火星车着陆的着陆器估计重约一吨，剩下不到一吨用于燃料。
田文一号结构
田文一号中途要进行四次轨道修正，但这样的轨道修正不会消耗太多燃料。最耗油的是3000牛顿的发动机工作480秒，估计耗油300多公斤。当我们到达火星时，田文1号将会刹车并被火星的引力抓住。
田文一号到达火星后的轨道
之前有人说田文1号需要加速才能进入火星绕太阳的轨道。为什么现在慢下来了？原来田文1号不是要绕太阳转，而是要绕火星转。成为火星卫星的速度小于田文一号接近火星时的速度，所以它减速而不是加速。从上图我们可以看到，在那之后，田文一号还要多次变轨，然后燃料就消耗的差不多了。
田文一号的各个阶段
相比之下，美国最早的火星着陆器“海盗一号”于1975年8月20日发射，于1976年6月19日抵达火星。路上花了10个月，走了标准的霍曼转移轨道。美国于2018年5月5日发射的洞察号着陆器于2018年11月26日抵达火星，耗时6个多月。总之，以目前化学火箭的能力，最快到达火星的时间几乎不可能缩减到6个月以内。
美国洞察号火星探测器轨道
对于无人探测器来说，地面火力6个月甚至更长的行进时间并不是障碍。但6个月的旅行时间对于未来想登陆火星甚至殖民火星的人来说，太长了。在Taitai 空呆这么长时间，暴露在宇宙射线下，同时面临失重，对人体健康没有好处。哥伦布花了37天穿越大西洋首次发现了美洲。第二次去美国，因为路熟，只用了17天。如果以后真的要殖民火星，40天以内比较合适，最好十天。
万虎的故事
西方传说，中国明朝有个叫万户的官员，在椅子下绑了47个烟花和火箭，最后成为人类征服太空过程中的第一个殉道者。由于中国古籍中并无此人，此事极有可能是杜撰的。自20世纪人类进入太空时代以来，所使用的火箭技术与千家万户没有本质区别，仍然是化学能推进。在今天的航天时代，这些古董化学火箭相当于古代人力推进的独木舟，甚至不是帆船。真正在太阳系旅行，还需要等到更高水平的Tai 空火箭发动机出来。
未来Tai 空引擎
我们将在以后的文章中继续讨论这个话题。
#田文一号即将绕着火海飞行。为什么田文花了六个多月的时间去火星？能快一点吗？#
