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在古希臘數學(xué)家歐幾里得所著(zhù)的《幾何原本》之中記載著(zhù)這樣一個(gè)公理：兩點(diǎn)之間線(xiàn)段最短。

《幾何原本》是現代數學(xué)的基礎，“兩點(diǎn)之間線(xiàn)段最短”更是大家都認同的觀(guān)點(diǎn)，那么人類(lèi)在發(fā)射探測器去往其它星球的時(shí)候是不是也遵學(xué)著(zhù)這一公理呢？探測器是不是沿直線(xiàn)飛過(guò)去的呢？在廣袤的宇宙之中，天體之間的距離是十分遙遠的，在太陽(yáng)系之內距離地球最近的行星就是金星，它與地球的距離大概在4050萬(wàn)千米左右，顯然這是直線(xiàn)距離。直線(xiàn)距離都已經(jīng)如此遙遠了，如果再繞遠路，探測器什么時(shí)候才能到達目的地呢？所以看起來(lái)探測器的確應該是沿直線(xiàn)飛過(guò)去的，但事實(shí)上并非如此。

目前人類(lèi)發(fā)射的所有航天器使用的都還是化學(xué)動(dòng)力，所以在探索遠距離目標的時(shí)候，最需要考慮的并不是距離，而是如何省力。

任何具有質(zhì)量的物體都是具有引力的，只不過(guò)平日里我們所接觸的物體質(zhì)量都太小，所以感受不到，但如果物體的質(zhì)量大到宇宙天體的級別，引力作用就十分明顯了，比如地球。所以發(fā)射探測器的過(guò)程實(shí)際上就是與引力對抗的過(guò)程，要想與地球引力實(shí)現平衡，讓航天器圍繞地球運行而永不墜落，速度就必須要達到每秒7.9千米的，這也是我們常說(shuō)的第一宇宙速度。而要徹底擺脫地球的引力束縛，讓航天器去探索其它星球，就必須要實(shí)現第二宇宙速度，也就是每秒11.2千米。

現在我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題，如果一個(gè)航天器的速度超越了第一宇宙速度，又沒(méi)有達到第二宇宙速度，它會(huì )如何運動(dòng)呢？

它依舊會(huì )圍繞地球運動(dòng)，只不過(guò)它的軌道不再是一個(gè)圓形，而是會(huì )趨向于橢圓，這個(gè)橢圓形的軌道擁有明顯的近地點(diǎn)和遠地點(diǎn)，而且航天器的速度越快，這個(gè)橢圓形的軌道就越橢，也就是說(shuō)近地點(diǎn)與遠地點(diǎn)相差的距離就越遙遠。航天器運動(dòng)速度的增加會(huì )使軌道由圓形趨向于橢圓，記住這一點(diǎn)，然后我們繼續來(lái)說(shuō)下面的內容。地球圍繞太陽(yáng)運動(dòng)，而在地球的外側，火星也在圍繞太陽(yáng)運動(dòng)，相比之下，地球的軌道是一個(gè)小圓，火星的軌道是一個(gè)大圓。

怎樣能夠讓探測器從地球的小圓軌道上跑到火星的大圓軌道上呢？

最簡(jiǎn)單粗暴的方法，就是在火星與地球運動(dòng)到最近距離的時(shí)候直線(xiàn)飛過(guò)去。不過(guò)這樣做要花費不小的力氣，它意味著(zhù)我們要徹底擺脫地球的引力束縛，從而達到第二宇宙速度。有沒(méi)有什么省力的辦法呢？有，就是利用霍曼轉移軌道?；袈D移軌道最早是在1925年由德國的工程師霍曼所提出的，當時(shí)人類(lèi)還沒(méi)有飛往太空的能力，而在過(guò)去了將近100年之后的今天，我們所發(fā)射的航天探測器依舊在利用這一理論。那么到底什么是霍曼轉移軌道呢？

假設現在我們有一個(gè)航天器正在地球軌道上圍繞地球運動(dòng)，此時(shí)我們讓這個(gè)航天器進(jìn)行一次加速，會(huì )發(fā)生什么呢？它的軌道將會(huì )由圓形變?yōu)闄E圓。

我們知道這個(gè)航天器的速度越快，它的軌道就越橢，遠地點(diǎn)就離地球越遠，而當這個(gè)橢圓足夠橢的時(shí)候，它的遠地點(diǎn)就會(huì )與火星軌道發(fā)生相切。不過(guò)這并不意味著(zhù)這個(gè)航天器就會(huì )跑到火星軌道上去，如果我們不管它，它在到達與火星軌道相切的遠地點(diǎn)后還是會(huì )回來(lái)的。怎么才能讓它留在火星軌道上呢？就是在它與火星軌道相切的時(shí)候再進(jìn)行一次加速，于是它就能夠跑過(guò)去圍繞火星運行了。當然，這一切都有一個(gè)前提條件，就是航天器軌道與火星軌道相切時(shí)，火星恰好也運行到了相同的位置。

其實(shí)要保證火星恰好運行到相同的位置也并不難，只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的計算就可以確定。

地球的公轉周期為365天，而火星的公轉周期為687天，所以計算可知，這樣的軌道轉移時(shí)機每780天就可以出現一次?，F在你明白為什么各個(gè)國家發(fā)射火星探測器的時(shí)間都比較集中了吧，因為一旦錯過(guò)了發(fā)射時(shí)機，就要再等兩年多才能夠再有機會(huì )發(fā)射。原本要花費大量的能量將航天器推升到第二宇宙速度才可以前往火星，現在只需要利用這個(gè)橢圓形的霍曼轉移軌道做兩次加速就可以讓探測器跑到火星上去，的確是省了大力氣。

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