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火星之旅:宇航员需要多少天才能抵达这颗红色星球?

创作时间:
作者:
@小白创作中心

火星之旅:宇航员需要多少天才能抵达这颗红色星球?

引用
网易
1.
https://www.163.com/dy/article/JO1N47J80544CT3M.html

火星,这颗距离地球约2亿公里的红色星球,一直是人类深空探索的终极目标。从17世纪的望远镜观测到20世纪的无人探测,再到未来的载人登陆,人类对火星的探索从未停止。那么,宇航员究竟需要多少天才能抵达这颗神秘的星球?

火星具有许多与地球相似的特征,包括四季变化、地磁现象和各种地形。更有趣的是,有证据显示,火星曾经可能拥有水和生命的痕迹。

从17世纪开始,人类就注意到了这颗星星。当时的天文学家通过望远镜观测火星,只能了解到一些关于它运行轨道和星球表面的信息,发现了诸如火星的极冠、沙尘暴、黑暗斑点等现象。

20世纪以来,航天科技方面进步飞快,人类开始运用无人探测器对火星进行更深入的探索,包括轨道飞行器、着陆器、漫游车等设备,这些设备为我们带来了前所未见的各种信息,让人们对这颗星球有了更具体的认识。

然而,人类对火星的探索并未止步于此。我们有着更加宏伟的梦想,那就是将宇航员送上火星,让人类亲自踏足这颗神秘的行星,进行更为直接的研究,甚至建立起火星的殖民地。

但要实现这一梦想并不容易,因为火星距离地球极为遥远,宇航员若要前往火星,需要克服极大的困难,例如长时间的航行以及对宇航员健康和生存的种种考虑。

发射时机

所谓的发射时机,指的是地球和火星之间的相对位置,它决定了火箭飞往火星所需的时间。地球和火星都在围绕太阳运行,它们之间的距离随着时间而变化。

有时,地球和火星会相对靠近,而有时则会相对遥远。如果我们在地球和火星距离最近的时候发射火箭,就能够采用较短的路线前往火星,这样就能够节省时间。

地球和火星距离最近的时候称为火星的近日点,即火星在其轨道上离太阳最近的点。当地球和火星同时位于近日点时,它们之间的距离是最短的,约为0.38个天文单位,即大约5700万公里。

然而,地球和火星并不总是同时处于近日点位置,因为它们的轨道周期不同。地球绕太阳一周需要365天,而火星则需要687天。

因此,地球和火星距离最近的时刻大约每26个月出现一次,这一时刻被称为火星的发射窗口期,即发射火箭的最佳时机。

航天器的速度

火星距离地球2亿公里,这是一个非常巨大的数字。假设我们驾驶汽车的速度是每小时100公里,那么它要行驶2万小时,即833天,才能到达火星。所以想要去火星,就需要速度尽可能快的飞行器。

航天器的速度受到多种因素的影响,首先就是航天器自身的推力。推力是指火箭发动机产生的向后的力,它使得火箭能够克服地球的重力和空气阻力,向上升空。推力越大,火箭的初始速度越快,有利于减少飞行时间。

在飞行过程中,航天器的速度会随着距离太阳的远近而变化。接近太阳时,航天器的速度会增加,而远离太阳时则会减小。等到接近火星时,航天器又会受到火星引力的吸引而再次加速。

轨道的形状

不同形状的轨道就代表着不同的飞行路径,而在这段漫长的旅途中,航天器可能会多次修正自己的轨道,不是始终沿着直线向火星前进的。

轨道的形状也不是随意选择的,而是由航天器和太阳系的引力场共同决定的。航天器飞得越快,飞行的轨迹看着就越扁;反过来就会更接近正圆。

修正轨道的过程大概会经历几个阶段,首先摆脱地球引力的阶段轨道会更接近圆形,而后会在太阳引力的作用下画一个更大的圆。

但是随着时间推移,火星从近日点逐渐向远日点移动,航天器也就必须调整航向,这受到的太阳引力会越来越小,轨道就越接近椭圆形。

之后基本就是在这个椭圆形的轨道上向着火星稳步前进,只要不意外与一些在太空中流浪的大型天体相遇,航天器基本上就不会再受到什么外部因素的影响,全靠自身的推进器保持移动速度和轨道。

直到接近火星时,航天器会受其引力影响,再次进入一个圆形轨道,并在合适的时机减速降落。

火星之旅的时间

经过前面三个部分的分析,我们已经了解了发射时机、航天器的速度、轨道的形状等对火星之旅时间的影响。

接下来就要回答我们最初的问题了,到底要多久才能飞到火星?这个问题目前并没有一个标准答案,但是可以进行大概的估算。

一般来说,火星之旅的时间范围在150天到300天之间。我们可以看一些已经到达或正在飞往火星的航天器的例子:

  • 美国NASA于2011年11月26日发射的好奇号,飞行时间为250天,飞行了5.6亿公里,轨道形状为椭圆形,最大速度为每秒13.9公里。

  • 中国国家航天局于2020年7月23日发射的天问一号,飞行时间为202天,飞行了4.7亿公里,轨道形状为椭圆形,最大速度为每秒11.2公里。

  • 俄罗斯罗斯科斯莫斯和欧洲航天局于2016年3月14日发射的ExoMars,飞行时间为216天,飞行了5亿公里,轨道形状为双曲线形,最大速度为每秒21.6公里。

结语

尽管前方的道路充满未知,但人类始终在开拓探索宇宙的新版图。未来我们会有更强的技术,在国际合作方面也会越来越紧密,我们有信心将迈向这一新的里程碑,走进火星的未来,去探索、去发现,继续探寻宇宙的奥秘,为人类的未来谱写更加辉煌的篇章。

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