为什么多个火星探测器计划在7月和8月发射，选择同一时间段

目前，定于7月至8月发射的美国火星探测器“毅力”号和阿拉伯联合酋长国火星探测器“希望”号已经进入发射倒计时。中国第一次火星探测任务——田文一号的发射也引起了很多关注。前不久，中国科学院院士、航天科技集团科技委员会主任包为民在接受中央电视台记者采访时透露，田文一号将于今年7月至8月发射。

这一由许多国家上演的“火的探索”戏剧还有待观察。

在窗口期启动可以节省时间、精力和金钱

包括中国在内，今年计划“探火”的国家一致选择7月至8月发射火箭。为什么？

\”今年7月至8月是火星探索的“窗口期”. \”中国科学院国家/省际科学中心/省际气象国家重点实验室研究员刘墉说，火星和地球围绕太阳在几乎相同的轨道平面上旋转，地球公转周期为一年，火星公转周期约为两年。如果地球和火星在环形跑道上赛跑，那么“慢”的火星将每两年与地球相遇一次，那时两个行星最接近。在这一刻前后，从地球上发射火星探测器可以缩短“高峰”时间，携带更少的燃料，降低人类“火探索”旅程的成本。

然而，即使飞行距离最短，探测器仍然需要经历一段“漫长的旅程”。

中国科学院应用工程技术中心的研究员张伟告诉《科学技术日报》记者，火星距离地球大约4亿公里，最近距离地球大约5600万公里。以即将在中国发射的火星探测器为例，飞往遥远的火星需要200多天。

在探测器的“行进”过程中，地球和火星总是相对运动的。因此，在探测器飞行路径的设计中隐藏着一些大学问题。

\”火星探测器经常在地面火力之间沿着霍尔曼转移轨道飞行.\”刘墉说。

霍曼转移轨道是由德国物理学家沃尔特·霍曼提出的，是航天器轨道转换方法的总称。途中只需两次发动机推进，相对省油。

刘墉指出，火星探测器发射后空，在地球附近加速，进入椭圆形霍尔曼转移轨道进行惯性飞行，不消耗自己的燃料；当它到达火星附近时，它“刹车”并减速，最后被火星捕获。这就要求在发射探测器时，要预先计算火星和地球的相对位置，这样探测器的霍尔曼转移轨道就可以在某一时刻与火星轨道相切。两个轨道的切点是探测器将被火星轨道捕获的空之间的位置，这个特定的时刻是探测器真正落入火星“臂”的时刻。

结合地球和火星的公转周期以及轨道设计的相关内容，科学家们计算出每26个月是在地球上发射火星探测器的最佳时间，而“窗口期”就是由此而来。

如果我们错过了今年7月至8月的“窗口期”，下一次火星探索的好时机只能等到2022年。例如，由欧洲空局(以下简称欧洲空局)和俄罗斯航天局联合开发的火星探测器原定于今年7月发射，但由于疫情和其他技术因素，不得不推迟到两年后。

目的地相同，而“高峰”时间不同

如果我们浏览一下历史数据，我们会发现，尽管世界上所有以前的火星探索几乎都是沿着霍尔曼转移轨道飞行的，但“匆忙”的时间有时长，有时短。

美国发射的“水手4号”火星探测器在距火星10000公里的高度拍摄并传回了第一张火星表面的照片。这张布满陨石坑的照片震惊了当时的科学界。探测器于1964年11月底发射，1965年7月中旬飞越火星，历时8个半月。

《水手9》和《水手4》是同一个系列，在旅途中花费的时间更少。该探测器于1971年5月底发射，同年11月中旬抵达，成为第一颗送往火星进行调查的人造火星卫星。飞行时间只有五个半月。

随着时间的推移，后续火星探测器的飞行时间有增加的趋势。

根据《人民日报海外版》之前的报道，中国的首次火星探测任务计划飞行7-8个月。当然，探索火的旅程会更长。例如，美国在1975年发射的“海盗一号”花了10个月的时间航行到火星；印度在2013年发射的人造火星花了11个半月才进入火星轨道。

目的地相同。为什么“高峰”时代不同？

刘墉告诉《科技日报》记者，火星探测器的飞行时间有很大不同，在工程实践中，除了火箭的运载能力和火星探测器本身的质量外，还有两个因素。

首先，地球和火星的轨道并不是真正意义上的完美圆，所以即使它们之间的距离最近，最近的距离也可能长或短。同样，如果火星探测器不是在同一年的“窗口期”发射的，它的飞行距离将略有不同，它的飞行持续时间自然也会不同。

“每次‘窗口期’火星探测器飞行不同的距离，下一个探测器飞行距离最短的‘窗口期’是在2035年，这在天文学上被称为‘火星冲刺’。”刘墉说。

其次，飞行时间还与飞行和盘旋等不同的探测目标有关。飞越火星只需要靠近它，这相当于“一日游”。在旅途中，我瞥了一眼，拍了几张照片，然后开车走了。要绕火星运行，你需要在特定时间“刹车”，进入火星轨道，成为一颗人造火星卫星，相当于“深度游泳”，然后在火星周围扎根，直到生命结束。因此，当探测器以环绕火星的轨道作为其任务目标时，它携带更多的燃料，轨道变化相对复杂，飞行时间相对较长。

除了不同的飞行时间，火星探索作为一个系统工程，还有许多耐人寻味的科学问题值得探索。正如刘勇所说:“航天工程是人类科技的终极挑战，而且风险极大。我期待着中国第一次独立火星探测任务的圆满成功。”

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火星的魅力让“探索之火”变得越来越强大

国际火星探索始于20世纪60年代。自20世纪90年代以来，火星探索迎来了又一个高潮，相关科研任务正在如火如荼地进行。包括美国、俄罗斯、日本、欧洲、印度等国家在内的“火力勘探”部队正在壮大。到目前为止，火星探测任务已经进行了40多次，其中美国进行了20多次，其次是苏联/俄罗斯，日本、欧洲空局和印度也分别进行了“火探测”任务。火星的魅力显而易见。

那么，为什么各国如此热爱火星呢？

\”火星是太阳系中离地球最近的行星，也是未来移民的首选。\”张伟说，火星上的重力大约是地球的2/5，而且它有一个相对稀薄的大气层——大气层的成分是95%的二氧化碳、3%的氮气、很少的氧气和水蒸气等。，可能还有水资源。通过合理的改造，它有望成为未来人类居住的外星客厅。

\”此外，火星探索的科学价值非常突出.\”刘墉在接受《科技日报》记者采访时说。

是什么导致火星缺水？它是如何从蓝色星球变成沙漠红色星球的？它的大气和环境是如何演变的？今天的火星有可能是明天的地球吗？这些是科学家们想通过相关探索来回答的问题。

此外，张伟指出，火星探测是一项涉及多种高科技领域的系统工程，应解决轨道设计、自主姿态确定与控制、着陆导航、热控、辐射防护、遥操作与远程分析、deep 空测控通信等技术问题，推动系统工程、自动控制、能源、材料、通信、遥感等诸多领域的快速发展。“在当今日益激烈的国际竞争中，火星探测已经成为国际航天大国现在和未来长期竞争的主要‘竞技场’。”张伟说道。

资料来源:《科学技术日报》

责任编辑:郑