科學也可以如此靠近

航天中的冷知識, 探測器飛行軌跡是彎曲的, 並不是兩點一線


2018年3月11日21時 今日科學 funny科技君
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在上學時候,大家考數學時,一定會有這樣的題目。計算人造衛星從地球到火星之間飛行需要多久,當時我們的解題思路是利用飛行器平均的速度和兩個星球之間距離,利用兩點一線的飛行軌跡,去計算需要多少時間。

但是這個思路實際上是錯誤的,在新聞頻道中你可以看見這樣的畫面,主持人指著某個行星的探測器飛行軌跡告訴我們需要多久才能抵達目的地行星,但是這些飛行器的運行軌跡並不是我們想像的兩點一線,而是不停圍著地球的繞圈和不停的變軌。這些行星探測器的發射後飛行軌跡並不是直線,而是最常見的多級變軌和微調方向的飛行軌跡。

這一點剛開始你是不是覺得很奇怪,為什麼不用最短路程直線,而是不停的變軌然後又繞圈子,其實回答這一點也很簡單:那就最大程度確保探測器會落在所要探測的行星上,而不是到那裡時跑偏了。而且我們的太陽系所有的天體都是圍繞太陽在公轉,發射點和目標點是時刻都在運動的,所以即使是要直行,在上帝視角來看,飛行器還是繞了圈子。

再就是我們在發射時候,你可能忘記加上地球自轉會給飛行器的一個加速度,這個加速度是會讓飛行器一開始就是先繞著地球轉個幾圈(利用好發射窗口可以一次直接送入直達軌道),最後調整好方向再飛去所要到達的行星。這過程就像是昭君遠嫁匈奴一樣,並不是直接去大汗所在地,而是曲折繞行經過無數次的草原最終才抵達目的地,這期間還不排除大汗的大帳會隨著牛羊追逐肥沃草地而移動。

行星探測器在一開始飛行時候,就會擺出妖嬈的姿態,去奔向它所要觀察的對象,這期間地面工作站人員得保障它是飛向所要擁抱的白馬王子,而不是空蕩蕩的空氣。假如不及時的變軌來調整飛行器的方向,哪怕是一厘米的誤差,都會讓咱們遠嫁到遠方的飛行器在到位置時,跑偏到徹底見不到所想要如意郎君的鬼地方,那時候燃料也所剩無幾。

並且這期間還有各種各樣的引力干擾,可能是一顆不大不小的小天體,也可能是距離較遠但是質量又較大的木星。所以在我們日常所見的發現軌跡圖時候,這些探測器都是先圍著地球轉個幾圈,再飛向目標,並且中途可能還翻個身換個方向,最後才抵達目的地。


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