|
关于天体之间的距离我们一般都取直线，比如地球到月球的距离为38.4万千米，或者地球到太阳距离大约为1.5亿千米，但我们知道，当年阿波罗登月飞船的速度大约是11.2千米，假如按直线飞行那么半天不到就到了，但事实上飞了三天，而现代很多探测器则可能更久，这又是为什么呢？ 如何飞离地球？300多年前牛顿就给我们画了一张草图，告诉大家怎么离开地球前往太空，方法很简单，绕着地球做圆周运动，当这个圆周运动的速度产生的“离心力”大于地球的引力时，那么它就可以完美的到达环绕地球的轨道，在地球表面时这个速度大约是7.9千米/秒，当然低空大气太过密集，要保持这个速度非常困难，因此在到达这个速度之前尽快爬高到几乎没有大气的太空则是另一件重要事情！ 但其实根本不需要牛顿那么麻烦，只要咱愿意我们甚至可以造一个梯子，慢慢的爬出去，或者驾驶一艘飞船，直接地面慢慢升起一直到宇宙空间，比如长征五号从文昌发射中心起飞后需要跨越上千千米才能到达近地轨道！但从地面起飞只需要数百千米即可到达太空，很明显后者距离短得多，为什么要选择路途遥远的方式而不选择捷径呢？
比如土星五号第一级火箭只能燃烧150秒，它只能将火箭推高到68千米的高空，在这150秒内，它将烧掉2000多吨燃料！二级火箭工作流分钟，将飞船送至170千米的高空，此时火箭速度约为7千米/秒，距离第一宇宙速度只有一步之遥！ 三级火箭工作月2.5分钟，到达了191千米的轨道，此时飞船速度7.75千米/秒，这个高度的第一宇宙速度会比地面的第一宇宙速度稍低，因此三级火箭到这里就完成任务了，因为飞船已经可以环地球轨道工作了！ 假如直接爬高呢，假设将其弹道竖直，那么这个高度可能已经到达500千米，那么是否能满足飞行器不掉落的水平呢？不能，因为它的垂直起飞，没有水平速度分量，因此在这个高度上大约只有500米/秒的速度，距离7.7千米/秒大约还有7.2千米/秒！ 其实静止卫星就已经给我们算好了，大约3.6万千米的轨道即可让垂直爬升的火箭拥有不掉落速度（因为火箭起飞的时候带了地球自转的分量，按从赤道上发射计算） 事情就变得很简单了，走直线需要飞3.6万千米，在环绕地球轨道的线路只要几千公里，哪个更划算？很明显是走环绕地球方式比较简单，而且可以利用地球自转的速度节省部分燃料，所以现代火箭发射不走直线，都是取椭圆轨道（闭合，会回到原点），抛物线（飞离地球），双曲线（飞离地球）这三种！ 引力场中走测地线是最近的因此阿波罗飞船从地球待机轨道上前往月球时，它其实只将飞船轨道在近地点时加速将椭圆轨道的顶点拉高，使得飞船到达远地点时能够着月球的引力范围，如果到达远地点时，月球刚好在那个位置，那么大部分时候都是飞船减速，以便让月球引力捕获飞船！从而进入换月球轨道！ 但很多时候由于火箭推力的原因，一次加速并不能让轨道顶点到达月球，那么需要第二次加速甚至第三次第四次，一直到这个轨道定点逐渐抬升，顶点可以够着月球，这从中国早期的嫦娥任务中就是这么操作的，而印度的曼加利安号火星探测器，则是将这个霍曼转移轨道方式发挥到了极致！
地球和月球或者太阳与火星都是大质量的天体，广义相对论告诉我们大质量天体弯曲了周围的时空，在这些弯曲时空中的运动需要遵守能量最低原理，它产生的轨道就是贴着测地线行走，而这个测地线的轨迹和质量体本身的速度与方向有关，有的是正圆形轨道（这种情况极少而且是理想化的），大部分都是带有离心率的椭圆轨道，而只要速度足够，那么它将能到达抛物线和双曲线轨道，那么它将不会回到原来出发的那个点！ 所以咱只要不缺燃料，无论走直线还是曲线都可以到达，但就成本方面考虑，那么还是遵守质量在引力场中的运动方式比较合适！不过有一个要提醒一下，即使如旱地拔葱般的飞向月球，它走的依然不是直线，同样是一条弯曲的轨道，因为地球本身在自转，除非它从南北极出发，否则它就会不自觉的走出一条弯路来！ |
|
|
