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欧洲航天局的ExoMars太空船正在沿着一条天体高速公路航行，距离它为期七个月的红色星球之旅已有八天。我们知道它将于10月19日降落在火星上，但它会在一个月内降落在哪里？还是七月四日？它的位置似乎对我来说可以计算。考虑到航天器的加速时间，巡航速度以及火星在发射时的距离，我想我可以处理一些数字。这是 - 我现在知道 - 纯粹的狂妄自大。火箭科学是一种文化试金石，甚至陈词滥调也是有原因的。
我在试图寻找宇宙飞船时发现了这一点。
太空高速公路不像地面道路，欧洲航天局任务分析办公室的天体力学专家Michael Khan博士在我询问他关于定位ExoMars的建议时解释道。他说，如果要记住一件事，那就是：太空中没有直线。在一封精美的电子邮件中，他解释了为什么我们都必须学会驾驶曲线 - 以及为什么太空旅行的未来比我们想象的要复杂得多。
而不是试图总结他的解释，我打算将它粘贴在下面，因为它很漂亮。
我担心天体力学，这是计算空间中所有轨道轨迹（自然或人造）的科学基础，与你想象的假设有点不同。
从地球到另一个行星（在这种情况下，火星）的行星际转移并不是像飞机在地球上的飞行速度一样在直线上飞行的问题，也不是像在海上航行的船一样飞行的问题。给定航路点的方向发生了一些变化。这不是它在太阳系中的工作方式。因为它不能像这样工作，所以我认为对于ExoMars将在何时进行简单，粗略和准备好的计算并不简单（甚至可能）。
基本上，管理物体穿越太空的自然规律是几个世纪以前的艾萨克·牛顿和约翰尼斯·开普勒。我将简化一点：地球和火星在轨道上移动或多或少是圆形的（对于火星来说，这不是真的，但对于初学者来说是有效的）。现在我们有地球轨道，围绕太阳的大圆圈和火星轨道，一个更宽的圆圈，太阳也在其中心。
ExoMars后面的转移轨迹是一个椭圆。这个椭圆最接近太阳的地方，它会掠过地球轨道。距离Sub最远的地方，它会掠过火星轨道。宇宙飞船从这个最低点飞到最远点。它通过用于发射ExoMars的质子M火箭给予它的巨大提升到达椭圆，抛出它如此之高和快速以至于航天器实际上以正确的速度和方向离开地球重力以满足所需的转移椭圆去火星。此时（地球逃逸），ExoMars在绕太阳运行的轨道上比地球快得多。
在这个转移椭圆上，ExoMars的速度将不断下降。要理解为什么会这样，想象一下钟摆，当钟摆摆动时，它会越来越慢地移动。那是因为有两种能量：势能（=高能）和动能（=运动能）。航天器轨道具有一定的总能量。这是由发射器传达的。这种能量不会增加。这就像零花钱或工资，我们只需要让它持久。
如果火箭没有给它足够的能量，那么ExoMars轨道就不会到达火星轨道。相反，如果火箭传递了太多的能量，那么宇宙飞船轨道就会超越火星轨道。所以我们想要（并且得到）恰到好处的能量，不是太少，而是太多。这与零花钱或工资不同，绝对比太少更好。
现在，在椭圆形转移中，它从太阳升入火星轨道的太空船，太阳以其重力保持着航天器。因此，当ExoMars正在攀爬时，它的高度能量会增加。因此，运动能量必须减少。总能量保持不变。因此，在飞往火星的航班上，ExoMars不断变慢。
为了计算转移，绝对必须考虑的一件事是通过太阳的引力吸引力。还有其他影响，例如太阳能阵列上的光压非常小以及太阳系中行星的重力，当然我们每次使用ExoMars上的火箭发动机来改变轨道时都必须考虑到这些影响。 。但所有这些都比太阳引力的影响要小得多。
基本上，我们使用计算机来计算航天器的轨迹，同时考虑影响轨迹的所有因素，我们还可以测量航天器的位置以及从信号从地球到地球的时间内航行的速度。航天器和返回以及信号频率随时间变化的方式。
在稍后的电子邮件中，他补充说：
你看到的最重要的事情是ExoMars的轨迹，就像空间中的所有轨迹一样，是明显弯曲的。太空中没有直线。一旦你拥有了具有质量的物体，例如恒星和行星，你就会有引力，并且在重力的情况下，一切都会在曲线上飞行。曲线是自然的，直线不是。沿着从地球到火星的弯曲红线所覆盖的距离约为5亿公里，以便将其视为透视。五亿公里。