“為什么是液氧甲烷？”

　　何小峰抿了一口咖啡，感受舌尖上的香濃滑膩，嘖，nice！

　　“液氧甲烷的比沖雖然低于優秀的氫氧組合，但是依舊比液氧煤油高出一些，使得這個燃料氧化劑組合有了實用價值。”

　　原因一、甲烷燃料罐設計制造難度較低，相對于氫氧組合，甲烷的沸點遠高于液氫，和液氧接近。

　　氫氣密度極低，氫氧火箭的氫氣罐遠比氧氣罐要大，航天飛機每次發射都要抱著一個巨大的橙色燃料罐，那個里面就是液氫燃料。

　　原因二、渦輪泵設計制造難度較低，甲烷火箭從燃料罐到管路，再到渦輪泵，大幅降低了設計制造難度。

　　而氫的密度太低，氫泵轉數要求高，設計極難，需要多級泵才能達到想要的燃燒室壓力。

　　原因三、火星有儲量豐富的甲烷，只需收集就可以用作飛船燃料。

　　莫斯教授聽完笑著說道：“看來你的火星計劃，有了百萬分之一的可能性。”

　　何小峰從手提包里掏出紙和筆計本：“教授，在不涉密的情況下，您能介紹一下海盜1號是如何在火星著陸的嗎？”

　　“這個沒問題，實際上我在很多地方都做過演講，首先你要明白一個概念叫做‘火星發射窗口’。”

　　由于地球和火星公轉周期不同，火星的公轉周期是687天，在687天里，它會繞太陽旋轉一周(360度)，這意味著它每天會移動0.524度。

　　火星的軌道是偏心率為0.09的橢圓，地球軌道則接近正圓，這意味著地球和火星之間的距離在時刻復雜變化。

　　當太陽、地球、火星連成一條直線時，它們之間距離最短，約5600萬公里。這樣的理想位置，每隔779天才會出現一次，大約是26個月。

　　因此得出結論，當地球和火星的日心經度夾角為44度時，是理想的發射時間。

　　目前化學燃料為核心動力的火箭，性能極其有限。在地球、火星會合的時間點附近窗口，發射探測器，成功率就會高很多，這個時間點就被稱作‘火星發射窗口’。

　　莫斯教授轉身從身后的書柜里拿出一本相冊，攤開一頁，放到何小峰面前。

　　“這個就是海盜1號，人類第一個成功登陸火星的探測器。探測器由兩個部分組成，軌道衛星和著陸器。”莫斯教授指著兩張照片介紹道。

　　“海盜1號于1975年8月20日發射，1976年6月19日進入火星軌道，7月20日著陸器在火星地表登陸。”

　　天體物理學家瓦爾特·霍曼，在1925年，提出了一種變換飛船軌道的方法，可以幫助航天器節省燃料，被稱作霍曼轉移軌道

　　“我們把地球到太陽的距離，約1.5億公里，記作1個天文單位（AU），火星到太陽的距離是1.52個AU，霍曼轉移軌道的半長軸是1.26個AU。”

　　根據開普勒第三定律（R^3)/(T^2)=GM/(4π^2)，計算得出霍曼轉移軌道的周期是517天，探測器由于是單程，所以整個周期大約需要259天。

　　在火星發射窗口期，從地球上發射一個探測器，使它超過第一宇宙速度，在近日點，讓探測器加速至霍曼轉移軌道。

　　轉移軌道上高速奔馳的探測器，會受到入軌偏差、控制偏差等因素的影響，出現一些微小的誤差，進而與預定軌道產生一定的偏離。

　　這時候需要探測器深空機動，主動調整探測器繞日軌道的尺寸和傾角，對誤差進行修正，讓探測器飛行的軌道達到預期要求。

　　在259天的航行中，火星將移動136度，探測器抵達霍曼轉移軌道的遠日點。這個時候，探測器需要點燃發動機，急劇減速，否則只會掠過或者撞擊火星。

　　只有大于火星的第一速度，小于第二宇宙速度才能成為火星的衛星，被火星引力捕獲，之后還要及時修正探測器的軌道面。

　　“如果你要計劃前往火星，進行往返旅行，同樣要借助霍曼轉移軌道，這樣最少需要972天，兩年半。”

　　莫斯教授饒有興趣的看著這個年輕人。

　　何小峰這時候才知道，火星往返一趟最少需要兩年半，他的那份《火星計劃》幼稚的可笑。

　　“我絕不放棄，地球是人類的搖籃，但人類不會永遠被束縛在搖籃里”

　　莫斯教授頷首繼續說道：“剛剛我是盡可能簡化了飛行過程，海盜1號，實際上花了十個月才抵達火星軌道，飛行距離超過五億公里。”

　　在航天領域有個經典的三體問題，當三個物體在引力作用下自由移動時，它們的軌道就完全無法預測，沒有準確模型能夠描述，只能不斷給出限定和假設，嘗試通過各種數值法去逼近。

　　對于火星探測器而言，遠遠不止三體問題這么簡單。太陽系內各種天體，例如恒星、行星、矮行星、衛星、小行星、彗星、空間碎片、星際分子云、不計其數，它們都在向火星探測器施加萬有引力。

　　除此之外，還有很多非引力項存在，它們又可以叫做非保守力。例如太陽輻射的光子會打在探測器表面產生光壓，探測器本身熱輻射，探測器星載儀器開機引起的輻射，相對論效應......

　　飛船的測控通信，需要面臨距離遙遠帶來的一系列問題，探測器測控通信，通常采用無線電信號進行信息傳輸，而無線電波以光速向外輻射，強度按照傳播距離的平方衰減，所以距離信號的發射源越遠，強度越低......

　　“我們假設你的飛船成功抵達了火星，最難的一步才剛剛開始，火星著陸。”

　　火星大氣層的密度約為地球大氣層密度的百分之一.......探測器的著陸過程對探測器防熱措施，降落傘、氣囊或是緩沖發動機必須按程序工作，任何一個環節出現偏差，都將導致著陸失敗。

　　莫斯教授的一席話，依然沒有擊退何小峰前往火星的決心，盡管現在看來火星之旅是一個美麗的幻想，但夢想總是要有，萬一實現了呢。

　　何小峰改用丘吉爾的話說：“如果前往火星必須要穿過地獄，那就繼續前進吧！”

　　ps：這章我寫了一天，終于明白為什么沒人寫航天了，我是個傻子。

　　感謝各位讀者大大的訂閱。

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