为什么探测火星要采用“霍曼转移轨道”？

探测器想要脱离地球的引力圈，并到达目标天体，肯定是燃料越多越好，不过由于技术的原因，发射升空的探测器，其大小和重量都是有限制的，而燃料无疑就会占据大量的体积与重量，所以我们的目标很简单，那就是消耗的燃料越少越好，为了到达这个目的，科学家就要借助“霍曼转移轨道”了。

01·什么是“霍曼转移轨道”？

“霍曼转移轨道”是由德国太空工程师，“瓦尔特·霍曼”于1925年提出的，就可以使探测器在从一个天体的公转轨道转移到另一个天体的公转轨道时，消耗最少的能量。

图解：“霍曼转移轨道”示意图

比方说

• 当现在探测器以火星为目标行星时

探测器将以大于第二宇宙速度的速度从地球发射，并顺着地球公转方向脱离地球引力，进入太阳引力的影响范围之内，此时的探测器将以太阳为近焦点做椭圆轨道运动。

也就是说，探测器是从椭圆轨道近焦点脱离地球的，这个椭圆轨道的大小，是由探测器在地球上时的发射速度所决定的，速度越快，椭圆轨道就越扁长，如果这个椭圆轨道足够扁长，那么探测器和火星就会在探测器的椭圆轨道与火星的公转轨道的交点处相遇。

如果探测器椭圆轨道的远日点正好与火星公转轨道相交，到达火星所需的最圆的椭圆，也就是探测器可以在消耗最少的能量到达火星。

图解：“霍曼转移轨道”示意图

• 而当探测器以水星这样的内行星为目标时

探测器也是以大于第二宇宙速度的速度从地球发射，并逆着地球公转方向脱离地球引力，此时的探测器就会以太阳为远焦点，划出一条椭圆轨道，在这种情况下，太阳的对面是近日点,而探测器是在远日点脱离地球引力的，所以刚才火星情形相反的是，探测器椭圆轨道的近日点，正好与水星公转轨道相交，那么便可以消耗最少的能量到达水星。

02·“准霍曼轨道”又是什么？

当然在实际发射中不一定要完美契合“霍曼转移轨道”，毕竟使用“霍曼转移轨道”在近日点或远日点与目标行星相遇，是要花费一些时间的，所在在实际中，工程师都是以接近于“霍曼转移轨道”的速度，或者稍微改变一点发射的方向，最终在远日点或近日点的附近与目标行星相会，也就是说发射时的能量以及发射的时机，其实是灵活多变的。这被称为“准霍曼轨道”。

用“霍曼转移轨道”或“准霍曼轨道”这两种方式，是探测器消耗的能量是最小的，由于各天体距离我们的地球都太远了加上发射时，要脱离地球引力圈和太阳引力圈用了很多燃料，为了到达我们的探测器才能飞得更远，更长久就得用上“霍曼转移轨道”或“准霍曼轨道”。