第114章火星计划(1/2)

“为什么是液氧甲烷？”

何小峰抿了一口咖啡，感受舌尖上的香浓滑腻，啧，！

“液氧甲烷的比冲虽然低于优秀的氢氧组合，但是依旧比液氧煤油高出一些，使得这个燃料氧化剂组合有了实用价值。”

原因一、甲烷燃料罐设计制造难度较低，相对于氢氧组合，甲烷的沸点远高于液氢，和液氧接近。

氢气密度极低，氢氧火箭的氢气罐远比氧气罐要大，航天飞机每次发射都要抱着一个巨大的橙色燃料罐，那个里面就是液氢燃料。

原因二、涡轮泵设计制造难度较低，甲烷火箭从燃料罐到管路，再到涡轮泵，大幅降低了设计制造难度。

而氢的密度太低，氢泵转数要求高，设计极难，需要多级泵才能达到想要的燃烧室压力。

原因三、火星有储量丰富的甲烷，只需收集就可以用作飞船燃料。

莫斯教授听完笑着说道：“看来你的火星计划，有了百万分之一的可能性。”

何小峰从手提包里掏出纸和笔计本：“教授，在不涉密的情况下，您能介绍一下海盗1号是如何在火星着陆的吗？”

“这个没问题，实际上我在很多地方都做过演讲，首先你要明白一个概念叫做‘火星发射窗口’。”

由于地球和火星公转周期不同，火星的公转周期是687天，在687天里，它会绕太阳旋转一周(360度)，这意味着它每天会移动度。

火星的轨道是偏心率为的椭圆，地球轨道则接近正圆，这意味着地球和火星之间的距离在时刻复杂变化。

当太阳、地球、火星连成一条直线时，它们之间距离最短，约5600万公里。这样的理想位置，每隔779天才会出现一次，大约是26个月。

因此得出结论，当地球和火星的日心经度夹角为44度时，是理想的发射时间。

目前化学燃料为核心动力的火箭，性能极其有限。在地球、火星会合的时间点附近窗口，发射探测器，成功率就会高很多，这个时间点就被称作‘火星发射窗口’。

莫斯教授转身从身后的书柜里拿出一本相册，摊开一页，放到何小峰面前。

“这个就是海盗1号，人类第一个成功登陆火星的探测器。探测器由两个部分组成，轨道卫星和着陆器。”莫斯教授指着两张照片介绍道。

“海盗1号于1975年8月20日发射，1976年6月19日进入火星轨道，7月20日着陆器在火星地表登陆。”

天体物理学家瓦尔特·霍曼，在1925年，提出了一种变换飞船轨道的方法，可以帮助航天器节省燃料，被称作霍曼转移轨道

“我们把地球到太阳的距离，约1.5亿公里，记作1个天文单位（au），火星到太阳的距离是个au，霍曼转移轨道的半长轴是个au。”

根据开普勒第三定律（r^3)(t^2)=，计算得出霍曼转移轨道的周期是517天，探测器由于是单程，所以整个周期大约需要259天。

在火星发射窗口期，从地球上发射一个探测器，使它超过第一宇宙速度，在近日点，让探测器加速至霍曼转移轨道。

转移轨道上高速奔驰的探测器，会受到入轨偏差、控制偏差等因素的影响，出现一些微小的误差，进而与预定轨道产生一定的偏离。

这时候需要探测器深空机动，主动调整探测器绕日轨道的尺寸和倾角，对误差进行修正，让探测器飞行的轨道达到预期要求。

在259天的航行中，火星将移动136度，探测器抵达霍曼转移轨道的远日点。这个时候，探测器需要点燃发动机，急剧减速，否则只会掠过或者撞击火星。

只有大于火星的第一速度，小于第二宇宙速度才能成为火星的卫星，被火星引力捕获，之后还要及时修正探测器的轨道面。

“如果你要计划前往火星，进行往返旅行，同样要借助霍曼转移轨道，这样最少需要972天，两年半。”

莫斯教授饶有兴趣的看着这个年轻人。

何小峰这时候才知道，火星往返一趟最少需要两年半，他的那份《火星计划》幼稚的可笑。

“我绝不放弃，地球是人类的摇篮，但人类不会永远被束缚在摇篮里”

莫斯教授颔首继续说道：“刚刚我是尽可能简化了飞行过程，海盗1号，实际上花了十个月才抵达火星轨道，飞行距离超过五亿公里。”

在航天领域有个经典的三体问题，当三个物体在引力作用下自由移动时，它们的轨道就完全无法预测，没有准确模型能够描述，只能不断给出限定和假设，尝试通过各种数值法去逼近。

对于火星探测器而言，远远不止三体问题这么简单。太阳系内各种天体，例如恒星、行星、矮行星、卫星、小行星、彗星、空间碎片、星际分子云、不计其数，它们都在向火星探测器施加万有引力。

除此之外，还有很多非引力项存在，它们又可以叫做非保守力。例如太阳辐射的光子会打在探测器表面产生光压，探测器本身热辐射，探测器星载仪器开机引起的辐射，相对论效应......

飞船的测控通信，需要面临距离遥远带来的一系列问题，探测器测控通信，通常采用无线电信号进行信息传输，而无线电波以光速向外辐射，强度按照传播距离的平方衰减，所以距离信号的发射源越远，强度越低......

“我们假设你的飞船成功抵达了火星，最难的一步才刚刚开始，火星着陆。”

火星大气层的密