什么时候做宇宙飞船到太空要多久？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-10-02 05:15 标签： 宇宙飞船到太空要多久
假如在未来的某一天，当你有能力离开太阳系的时候，你的第一个想法是什么？在宇宙的深处，不知道是否会有你心仪的目的地？对于这两个问题，相信很多人都曾幻想过自己的答案。而现如今，5艘飞船正在离开太阳系，其中最远的一艘宇宙飞船更是飞到了距离地球225亿公里的地方。对此，人们不仅疑问，NASA（美国宇航局）究竟想做什么？事实上，想要了解这个问题的答案，我们首先要知道的就是这5艘宇宙飞船分别是哪5艘？他们的具体飞行任务又是什么？也唯有如此，我们才有可能分析出NASA的真正想法。而本文就会从上述两个方面，以及每一艘宇宙飞船的具体经历，逐步介绍NASA飞离太阳系的真正目的，究竟是什么。先驱者10号以及11号首先是先驱者10号以及先驱者11号，先驱者10号是美国宇航局于1972年3月2日发射的一艘航天飞行器，也是我们人类历史上第一艘飞过小行星带景区里观察木星的航天飞行器。在这之前，人们想要观察有关于木星的相关信息，都只能通过天文望远镜远距离进行观察。在经过了一年多的飞行以后，先驱者10号更是成功地传回了第一组对于木星的近距离拍摄图像。通过对这一组图像的分析，人类终于对木星有了更加清晰的认知。在木星短暂的停留以后，先驱者10号继续向前飞行，并于1983年6月13日，成功的飞过了海王星轨道。令人遗憾的是，由于当时航天飞行器技术的限制，先驱者10号最终没能成功地飞出奥尔特云。到了1986年10月，这艘传奇飞船更是逐渐远离太阳系，以每年2.6个天文距离的速度驶向银河系外围。而时至2003年，当先驱者10号彻底和人类失去联系以后，有关它的一切，人们也只能从档案记录之中找寻。与先驱者10号不同的是，先驱者11号的主要任务不仅是用来研究木星，更重要的是利用木星的强大引力，帮助先驱者11号成功抵达土星，近距离观察土星以及土星外围的光环。不仅如此，美国宇航局的科学家还对先驱者11号寄予厚望，希望它能够顺着土星的逃离轨道离开太阳系。而在完成相关任务以后，先驱者11号的前进轨迹便和先驱者10号完全不同，一直以每年2.5个天文距离的速度朝着银河系中心的方向前进。值得一提的是，无论是先驱者10号还是11号，都携带有一块载有人类讯息的镀金铝板。如果真的有高级外星生命发展并捕捉到这两艘宇宙飞船，那就能够从镀金铝板之中获得有关人类的具体信息。旅行者1号以及旅行者2号在先驱者10号以及11号发射之后，紧接着便是家喻户晓的旅行者1号以及旅行者2号。1977年9月5日，旅行者1号以探测木星、土星为任务朝着地外太空出发。时至1980年11月20日，旅行者1号更是顺利完成了对这两颗行星以及相关卫星的高清图片拍摄任务，帮助人类更进一步了解这两颗星球的相关信息。原本在这个任务结束以后，美国宇航局便认为旅行者1号接下来的命运会和先驱者系列飞船一样。可让他们没有想到的是，这艘宇宙飞船强悍的飞行探测能力，一直在坚持认真工作。为此，NASA再次给它安排了一个新的任务，探测太阳风顶。值得一提的是，与先驱者10号、11号相同，旅行者一号飞船上面同样携带了一个具备人类信息的载体，而这个载体便是一个铜制的镀金磁盘唱盘以及一个金刚石留声机。只不过在性能上面，旅行者一号可就要强悍不少。科学家们推测，即便过去10亿年的实际，这个留声机上的音质依据不会有丝毫变化。作为旅行者1号的姊妹飞船，旅行者2号的发射时间其实还要更早一些。1977年8月20日，这艘探测器便在美国肯尼迪航天中心成功发射。时至2018年12月10日，旅行者2号更是成功地突破了日球层，成为人类历史上第二个进入星际空间的探测器。对此，很多人可能都会有疑问，无论是先驱者10号、11号探测器还是旅行者1号以及2号探测器，在没有任何补给的情况下，究竟是如何能够在太空之中跨越如此遥远的距离？其实原因主要有两点，其一是因为这些太空探测器所配备的电池都是核电池，远比普通电池更加强悍。其二则是在飞行的过程之中，飞船们都借助了行星引力的帮助。正因如此，这些宇宙飞船才能完成看起来完全不可思议的成就。新视野号最后就是人类历史上发射起始速度最快的太空探测器——新视野号。2006年1月9日，这艘太空探测器同样从肯尼迪航天中心发射升空。其主要任务就是探测冥王星以及位于柯伊伯带的小行星群。了解冥王星历史的人都知道，这颗行星曾经被选入太阳系九大行星之中，后来却又被踢出了九大行星的序列，让太阳系的行星自此变成了八大行星。可很多人不知道的是，有关冥王星的奥秘，远比人们想象的还要复杂，美国NASA也正是希望新视野号能够在抵达冥王星以后，近距离调查更多的观测数据。时至2015年7月14日，新视野号也终于成功抵达冥王星，并完成了对冥王星以及冥王星最大卫星卡戎的相关探测任务。根据科学家们推算，等到了2029年的时候，新视野号最终将会彻底脱离太阳系进入宇宙空间之中。只不过到了那个时候，人类是否还能够接收到新视野号传回的相关信息，这就谁也没有办法保证了。而值得一提的是，与上世纪发射的四艘太空探测器都不相同，新视野号上面并没有携带任何有关人类信息的挂件。也就是说，即便地外太空之中的高级生命成功捕捉到了新视野号，也很难了解新视野号的太远。或许很多人会想，只要推断新视野号的行进轨迹不久可以追溯到地球本身？可太空环境的复杂程度，远远超过人类的想象，如此质朴的方法，又怎么可能找到隐藏在太空角落之处的地球。而对于NASA为何没有再一次在太空探测器装备相关的人类信息，NASA官方也并没有给出任何回应。对此，不少天文爱好者猜测，或许这是因为人类并不了解将人类信息公布给地外高级智慧生命，究竟是一件好事还是一件坏事。换句话说，我们在期待天外来客的同时，也根本不知道这些客人究竟是友好还是邪恶的。假如他们就像曾经人类历史上的西方殖民者，那么我们人类或许就是毫无抵抗能力的土著居民，只能任人宰割。NASA的目的在了解了五艘宇宙探测器的相关飞行任务以及飞行经历以后，不少人都十分的疑惑，NASA究竟要做什么？要知道其中最远的一艘宇宙飞船，现如今已经距离地球225亿公里。在这个距离上面进行的相关探测，又能够给我们人类带来什么样的帮助？事实上，NASA之所以会一直不断的对地外发射太空探测器，主要原因就在于我们人类目前所掌握的一切知识都是来自于对宇宙的思考和探索。以人类对太阳系的认知为例，在最开始的时候，人们普遍认为地球是宇宙的中心。随着哥白尼《天体运行论》的发表以后，人们才开始思考太阳是否才是宇宙的中心，地球只不过是围绕太阳旋转的一颗行星。而时至今日，人类对太阳系的认知再一次发生改变，我们终于明白，太阳系其实也只不过是宇宙之中无比渺小的一处存在而已。除此以外，人类观察星体的运行，观察四时的变化，并最终运用到实际生活之中，这一切都离不开宇宙的帮助。如果我们安于现状、继续保持对宇宙一无所知的态度，那么我们人类就再也没有任何进步的空间。也只有不断地探寻宇宙，我们才能够丰富人类的精神世界，推动人类科学、艺术、思想的发展和进步。更重要的是，我们虽然生活在地球上，并依靠地球的养育而茁壮成长，但这也同样不能成为我们自我束缚的理由。从某种意义上来说，地球是我们人类的摇篮，可同时也是我们人类的囚笼。假如在未来的某一天，我们将地球上的所有资源全部消耗殆尽的时候，我们人类又将何去何从呢？因此，NASA的目的，其实就是为了能够更快的探测宇宙，了解更多有关宇宙的奥秘。当然，在这个过程之中，有人可能会想，这是美国宇航局为了在今后的太空发展之中提前做好准备。并且在未来可能再次出现的太空竞争里面，掌握着一定程度的主动权。对于这样的说法，我们并不否认，也完全没有必要否认。清朝著名文学品评家王永彬曾在《围炉夜话》中提到：“论迹不论心，论心无圣人”的观点。我们且不论NASA的目的究竟是什么，仅从它的研究对人类探测太空的帮助来看，就已经完全足够了。在未来的太空发展之中，谁也不知道人类会面临怎样的困难，更不知道在面对这些困难的时候，我们究竟应该如何应对。因此，我们不得不一步一步脚踏实地的前行。也唯有如此，人类的科技文明发展高度，才能真正抵达另一个层面。或许在未来的某一天，当人类回顾过往的时候，NASA所取得的成就，也都只不过是档案之中的记录而已了。
2020-03-19 10:09
来源:
天文在线
去往火星的旅行真的是每两年才能有一次吗？
旅行不是只能每两年一次，但是在这段时间，去往火星的条件要好得多，这就使得其它时间没有被考虑。
现在存在着不同类型的地球火星任务轨道，它们并不都是在火星和地球接近时才产生的，有许多的因素牵涉其中，包括宇宙飞船是否会返航、是否有来自金星的引力协助、运载火箭的运行能力。然而，对于典型的把探测器或探测车送到火星的单程任务，我们确实是在火星和地球相当接近的时候发射的。
火星和地球处于相对位置时彼此最接近，然而我们实际上不想在这个时间点启动，我们想在这之前发射。
为了使所用的燃料最少我们想使用最小的能量转移轨道，霍曼转移轨道做到了这一点。我们的宇宙飞船从地球轨道出发，在霍曼转移轨道的近拱点通过燃烧加速进入椭圆形转移轨道，抵达远拱点后再加速进入另一个轨道，最终使宇宙飞船转移到火星轨道上，最后在轨道上刚好形成180度。
所以，我们的目标是确定发射的时间，这样当飞船到达目的点时火星也处于相同的位置。由于火星的轨道更大，与地球相比移动相同角度的距离需要更多的时间，这意味着当我们发射宇宙飞船时，火星的位置需要处于地球之前。
我们计算我们的宇宙飞船所处轨道的周期，大约是520天。我们的宇宙飞船将运行半个轨道，所以我们的旅程大约是260天。火星的公转周期是687天，260天的时间里火星移动的角度为136度。这意味着发射宇宙飞船的最佳时间是——当我们发射宇宙飞船时，火星与地球的夹角为44度(180-136度)。这意味着我们将在火星和地球最接近的三个月之前发射宇宙飞船。
去火星的旅行真的只能每两年一次吗？如果确实如此，那是为什么呢？
我在本科的第一年写了一篇关于这类事情的文章，所以我主要使用我在这篇文章中研究得到的数据。
这并不是说它每两年才会发生一次，而是说，要想使用霍曼转移轨道，只能每两年一次。它是从第一个轨道开始，通过两次加速变化，最终使物体到达与出发点相差180度角的目标轨道。这就是事情的关键。你需要知道，通过使用霍曼轨道，从你的出发点到最终抵达火星的位置，就会刚好处于太阳的另一边——出发点的对面。当然，这里也有其它可以到达火星的轨道，但它们更复杂，而霍曼转移轨道只要求两次燃烧加速，一次是为了离开第一个轨道，一次是为了到达第二个轨道，这样做最主要的好处之一是节约能源，所以这也是最高效的太空旅行方式之一。
计算时间和角度:
正如罗伯特·弗洛斯特所指出的，通过这种方法从地球到火星的时间大约为260天，地球需要在轨道上落后火星44度角。要解决这个问题，你只需要使用开普勒第三定律来描述航天器从地球到火星的轨道。
如果你取轨道半长轴，它的立方将和轨道周期的平方成比例。
开普勒第三定律:T^2=k(a^3)
如果我们使用一年的时间值和一个天文单位(AU)的距离值，我们可以把k=1代入到上面的方程中得到:
开普勒第三定律:T^2=a^3 (以年和天文单位为一个单位)
现在，让我们回到从地球到火星的霍曼转移轨道，它的半长轴是地球绕太阳公转的轨道半径和火星绕太阳公转的轨道半径的和的一半。地球轨道半径为1AU，火星的轨道半径为1.524AU，所以霍曼转移轨道的半长轴为(1.524+1)/2=1.262AU，把这个值代入第二个方程，得到T=1.42(年)，这是整个霍曼轨道的运行时间，而要到达轨道最远的焦点即到达火星运行轨道，只需要该时间的一半，即0.71年，也就是259天。
至于这个44度角，火星轨道周期为1.88年，而前面通过计算我们可以知道航天器从地球出发到达火星的时间是0.71年，该时间是火星轨道周期的37.8%。这就意味着，在这0.71年里，火星运行的角度为37.8%*360=136度。我们早些时候也提到过，航天器从从出发点到最后到达火星，刚好位于太阳的另一边即出发点到对立面，所运行的角度为180度，这就意味着当航天器离开地球时，火星的轨道要提前44度才能形成完美的霍曼转移轨道。
图1
图1-显示了霍曼转移轨道将航天器转移到火星的情况。可以看出，火星在轨道上与达到点的角度为136度，而地球与到达点的角度为180度。
但这里存在一个问题就是，火星和地球都被当做是在完美的圆形轨道上运行，但事实并非如此。
改善的方法:
问题是，虽然地球的轨道非常接近一个完美的圆，但火星的轨道要古怪得多。
图2-显示了火星轨道的偏心率和不同区域的运行时间。
从太阳到火星的距离在1.38AU到1.67AU之间，相差了0.29AU，超过了地球到太阳距离的四分之一，这是一个不小的数。这意味着发射时的时间角度会根据火星在轨道上所处位置不同而有很大变化。作为参考，地球的轨道变化大约在0.98AU到1.02AU之间，少了很多。
所以你需要代入开普勒第三定律的数据是随着时间而变化的，而不是一定为259天和44度，这两个数只是平均值。
没有在模拟中融入更多背后的细节，我在论文中计算了在未来30年左右霍曼轨道可能成功运行的时间，考虑了轨道大小的变化并把它们用图表表示出来。
火星表面 图源:NASA
总结:
所以没错，要想到达火星，如果使用霍曼转移轨道，它确实只能每2年发生一次，但是其他的太空旅行方法也是可以的。回顾图1，如果要形成一个超过火星轨道的霍曼转移轨道，该轨道依然会经过火星轨道，只不过它与火星轨道的交点就不再是距离出发点180度的地方了，这意味着只要做出相应的调整，你其实可以在任意时间转移。霍曼转移轨道的好处就是航天器在每条轨道上的速度变化很小，计算非常简单，而在其它转移轨道上，需要更多的能量，计算也复杂得多。
相关知识
火星，是离太阳第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太阳系里四颗类地行星之一。西方称火星为玛尔斯，是罗马神话中的战神，所以在英语中，火星是罗马战神的意思，通常被称为“红色星球”；古汉语中则因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动让人无法捉摸而称之为荧惑。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
translate: 万木无一叶
author: quora
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处返回搜狐，查看更多
责任编辑：

我要回帖

更多关于 宇宙飞船到太空要多久 的文章

 

随机推荐