地球就是一座“监狱”，人类如何才能成功“越狱”到达火星？

从某种意义上讲，我们人类就是地球上的囚犯。宇宙向我们展示了浩瀚的星空，却嘲笑我们无法企及。但是，如果人类想要在未来继续发展，我们必须要越狱！但我们最初是因为什么被困在这里的呢？原来宇宙是我们的债主，我们欠了45亿年的债！

宇宙中一切有质量的东西都会相互吸引，我们称其为引力。离质量大的物体越近，引力就越大。正因为如此，我们被困在了地球上，我们可以把这个看作是被困在重力监狱或引力井中，当然不是真正的井，只是方便理解。

成为重力监狱的囚犯意味着你欠下了重力势能，但为什么你会欠下能量呢？

因为在宇宙中，所有物体都不愿改变速度或方向，如果要它们移动，就需要消耗能量。数十亿年前，无数绕太阳公转的尘埃颗粒在引力的作用下，聚集在一起成为一个星球，这个过程消耗了能量，形成现在我们所处的重力井。

在重力井中的位置越深，欠下的能量就越多。如果无法获取足够的能量，无论如何都无法离开那里，因为组成你的原子曾是尘埃的一部分，宇宙曾为这些尘埃消耗过能量。

总的来说，宇宙中的物体不喜欢移动，必须要消耗能量才能使它们移动，引力消耗能量使尘埃聚集到一起成为地球，这个过程中形成的重力监狱把我们困在其中，要逃离引力井，就需要偿还能量。

那么我们应该怎么做呢？

为了进入太空，我们需要经历复杂的能量交换过程，为此我们制造了负能量偿还机器，这个机器有个无聊的名字：火箭。

运行火箭使用的是人类所知的一些最活跃的化学反应，让燃料在可控的情况下爆炸，将化学能转化为动能，反应产生的废气向外排放，将火箭推离地球。通过大量能量的消耗，增加了我们的重力势能，简单来说，即我们正在向引力偿还欠下的能量！

但现实比这复杂的多。在为了进入轨道而燃烧燃料时，热量，废气和大气阻力上消耗了大量能量，因此实际上需要更多能量，同时不能直接把大量易爆的危险燃料放在火箭舱内并引爆，而是需要有效控制燃料的燃烧，这非常复杂，而且会使火箭变重，也就是说火箭的质量更大，而物体质量越大，运动所需的能量就越多，也就需要更多的燃料来发射火箭，而更多的燃料需要更大的空间，于是需要更多火箭，从而陷入死循环！最后，发射火箭所需燃料的质量会比火箭荷载量高接近一百倍。

比如，阿丽亚娜6型火箭，欧洲火箭，重800吨，理论上能带十吨荷载进入地球同步转移轨道，或者带20吨荷载进入中地球轨道。但一枚火箭产生的推力有限，因此，若荷载重量超过上限，火箭就无法发射，所以不能无限制地增加燃料。

这就是火箭方程式的苛刻之处，这也意味着，太空飞行很困难。更糟糕的是，进入了太空还不够，你还是被困在太空边缘的重力监狱中，会坠回到地球。

留在太空比去往太空难得多，为了达到稳定位置停留一段时间，火箭需要达到近地轨道，这需要大量动能，即非常快的飞行速度。在十万米高空，每秒速度达8千米，每小时2.8万千米，可以在90分钟内绕地球一圈。

当然我们可以耍点小把戏，斜着飞而不是直接向上飞。

我们都知道，地球是一个球体，所以如果向侧面飞的速度足够快，即使向地球方向坠落，离地面也还很远。所以只要在大气层之上大约十万米高，就能够留在轨道中。

国际空间站就是这么做的，在向地球侧面坠落的过程中，不时使用能量保持一定的速度如果我们按比例观察轨道，我们可以看到近地轨道离地球非常近。

部署卫星，或者去往别的星球，需要新一轮的能量债务偿还。进入轨道是目前太空飞行最艰难的一步。例如，如果我们想要向火星发射火箭，仅仅进入轨道就需要消耗一半能量，另一半能量用来完成到火星5500万公里的飞行距离。

因此，为了尽可能提高效率，我们建造的不是整体式火箭，而是多级火箭，燃料罐耗尽后会被抛弃。随着火箭的上升，火箭与助推器和主体部分分离，确保每一个阶段火箭都处于满仓状态，使用各阶段专属的引擎和燃料！

这就是为什么去往太空很困难。如果你觉得这些看起来都十分复杂，不用担心，这本来就很难理解，也不是常人能够理解完成的事情，也能够进一步解释，美国计划载人登录火星这么长时间以来，迟迟没能开始行动，资金或许不是最主要的，逃离地球的引力井，然后是5500万公里的漫长旅行（需要大约半年时间），进入火星轨道，登陆火星，然后逃离火星的引力井，再次经历5500万公里的旅途，进入地球轨道，返回地球，期间任何一个环节出现问题都将是致命的！