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火星距离地球2.25亿公里,宇航员到火星去,需要多久?

时间:2024-01-10来源:网络作者:小白

在太阳系中,火星算得上是地球的近邻了,地球上的我们,仅凭肉眼就能看到它,所以从古到今的人类,都很关注这颗红色的星球。

自从上世纪60年代以来,人类已经向火星发射了数十个探测器,而人类探索火星的下一步,应该就是亲自到火星上去了。

火星距离地球2.25亿公里,宇航员到火星去,需要多长时间?

尽管这是一个很大的挑战,但这也并非完全不可能完成的任务。

那么,以人类现有的科技水平来看,我们的宇航员到火星去,需要多久呢?

这个问题本来没有一个简单的答案侦破纪实:因为它取决于多种因素,比如地球和火星的相对位置、宇宙飞船的速度和设计、航行的路线等等,下面我们就来具体讲一下。

通常所说的火星距离地球2.25亿公里,本来是指火星与地球的平均距离,实际上,因为地球和火星的运行速度不同,所以它们之间的距离也在不断变化,最远时可达4亿公里左右,而最近时则只有大约5500万公里。

火星距离地球2.25亿公里,宇航员到火星去,需要多长时间?

为了节省燃料和时间,我们当然会在选择火星与地球距离最近的时间段里发射飞船,这个时间段也就是人们所说的发射窗口,随着火星和地球的运动,发射窗口大约每26个月就会出现一次。

就目前的情况来看,人类向火星发射飞船的航行路线重要有两种,第一种被称为冲点航行 Opposition mission,简单来讲,这种路线就是,飞船会先去金星那里转一圈,并利用金星的引力弹弓为自己加速,然后再飞向火星。

冲点航行的优点是可以大幅地节省燃料,但其缺点也是显而易见的,那就是这种路线会使飞船航行的时间变得很漫长,通常都需要1年多的时间才干抵达火星,而宇航员到火星去,当然是越快越好,所以这并不是一个好的选择。

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实际上,我们的最佳选择本来是第二种路线,这被称为地火转移轨道,顾名思义,这种路线就是直接从地球到火星,但需要指出的是,地火转移轨道并不是想象中的那样走直线,为何呢?

这是因为地球的公转速度高达每秒钟大约29.8公里,而从地球发射的飞船,也会具备这样的速度,如果要走直线的话,飞船就必须消除这个速度,而在消除了这个速度之后,飞船又需要凭借自身的动力来与太阳的引力抗衡,这些都需要大量的能量,而以人类目前的科技水平来讲,根本就无法给飞船提供如此多的能量。

所以人类目前采纳的方法是,在地球公转速度的基础上,给飞船一个速度增量,使飞船运行轨道升高到火星的公转轨道上,如此一来,只需要事先精确计算好飞船的运动轨迹,就可以让飞船在运行到火星公转轨道上时,刚好与火星相遇。

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根据速度增量的不同,地火转移轨道也会有很多种,其中最节约燃料的路线被称为霍曼转移轨道 Hohmann transfer orbit,只需要每秒钟3.3公里,就可以抵达火星,所以人类此前发射的探测器,很多都是走的这种路线,其需要的时间大约为259天。

当然了,送宇航员到火星去,首先考虑的应该是怎么节省时间,所以我们可以在条件允许的情况下,尽量提升飞船的速度增量,毕竟速度增量越大,飞船运行轨道升高得越快,通常来讲,我们将这种比霍曼转移轨道更快的路线称为快速合点航行 Fast conjunction mission。

火星距离地球2.25亿公里,宇航员到火星去,需要多长时间?

上图标示的轨道A、B、C,区别是霍曼转移轨道、快速合点航行和冲点航行

飞船的速度增量取决于它的推进系统,尽管人类已经开发出了比冲量相对很高的空间电推进系统 如离子推进器,但它们的推力却相对很小,无法满足载人飞船的需求,所以目前载人飞船的推进系统,都是化学火箭。

化学火箭的优点是它们可以产生巨大的推力,足以让飞船脱离地球的引力,但其缺点是比冲量相对很低,就目前的实际情况来看,在选择快速合点航行时,化学火箭能够给飞船提供的最大速度增量大约为每秒钟6公里,抵达火星需要大约180天。

也就是说,从理论上来讲,以人类现有的科技水平来看,宇航员到火星去,至少需要180天的时间,但由于载人飞船需要携带宇航员所需的食物、水、氧气以及宇宙维生系统等等,其有效载荷会比无人飞船更大,所以这个时间还要长一点,根据科学家的乐观估算,至少需要200天的时间。

美国著名火箭专家 液体火箭发明者罗伯特·戈达德简介

(Robert Hutchings Goddard,1882年10月5日-1945年8月10日)是美国教授、工程师和发明家,液体火箭的发明者。他于1926年3月16日发射了世界上第一枚液体火箭。戈达德共获得了214项专利,其中83项专利在他生前获得。设立于1959年的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心以他的名字命名。月球上的戈达德环形山(Goddard Crater)也以他的名字命名。 人物简介 罗伯特·戈达德出生于美国马萨诸塞州的伍斯特,是家中的长子,他的弟弟因为脊椎畸形而夭折。 作为理论家和工程师,戈达德的工作预计了许多可能使航天飞行成为可能的发展。戈达德214项专利发明中的两项——多级火箭(1914年)和液体燃料火箭(1914年)是航天飞行的两个重要里程碑。他1919年的专著《达到极端高度的方法》被认为是20世纪火箭科学的经典著作之一。 戈达德成功地应用三轴控制,陀螺仪和可控的推力到火箭上,有效地了控制火箭的飞行。 虽然他的工作是革命性的,但是他的研究和开发工作很少得到公众的支持。 报界时而嘲笑他的航天理论。死后几年,太空时代的黎明到来,他被认为是现代火箭之父。 他不仅认识到火箭对大气研究,弹道导弹和太空旅行的潜力,而且是第一个科学研究,设计和建造实施这些想法所需的火箭的人。 1945年,戈达德得知自己罹患喉癌,1945年8月10日,戈达德在马里兰州巴尔的摩去世。他被安葬在家乡马萨诸塞州伍斯特的希望公墓。 人物生平 教育经历 随着美国城市在19世纪80年代开始使用电力,年轻的戈达德开始对科学产生兴趣,特别是工程学及工业技术。他的父亲教导他家中的地毯如何产生静电,当时年仅5、6岁的戈达德的想像力开始萌芽。戈达德相信如果锌电池可以用某种方式来存储静电,他可以跳得更高。他的母亲警告说如果他成功了,他会“出得去回不来”,于是戈达德停止了实验。 他在16岁时阅读了威尔斯的科幻小说《星际战争》后,开始对太空产生兴趣。1899年10月19日他把自己的生涯定位在火箭的研究上。 因为戈达德对空气动力学产生兴趣,所以他研究一些美国物理学家塞缪尔·兰利在科学期刊《史密森尼》所发表的论文。兰利在这些论文中写道,鸟类使用不同的力量来拍打两边翅膀,并因此在空中回转。十几岁的戈达德从这些文章获得发,观察到燕子如何巧妙地移动翅膀,来控制飞行。他指出鸟类明显操控著尾羽来进行飞行,他称为它为“鸟类的副翼”。他对兰利的一些结论不以为然,并在1901年写了一封信给《尼古拉斯》杂志来表达他自己的想法。但是编辑圣尼古拉斯拒绝刊登戈达德的信,认为鸟类跟随一定数量的情报来飞行,“机器不会采取这些情报来行动”。戈达德不同意这种看法,认为一个人可以用自己的智慧来控制飞行机器。 戈达德在1904年进入伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute)学习,并担任实验室助理与导师。他后来加入SAE兄弟会,认识高中同学Miriam Olmstead。他与Miriam Olmstead后来订婚,但是在1909年分手。 他于1908年拿到物理学士学位,1910年从克拉克大学获得硕士学位,一年后获博士学位。他在1912年成为普林斯顿大学的研究员,在帕尔默物理实验室进行研究。 戈达德仍是一个学生时,曾写过一篇论文,提出一个方法来“保持飞机平衡”。他提出的想法在1907年《科学美国人》上出版。戈达德后来在他的日记中写道,他相信该论文是人类历史上首次提出方法来“让飞行中的航空器自动保持稳定”。 1926年戈达德在麻萨诸塞州的奥本(Auburn)发射了首枚液体火箭。发射地点后来成为了美国政府官方指定的国家历史地标(National Historic Landmark)。 工作经历 火箭推进剂研究 1911年他取得博士学位后留校任教。在此期间,他认识到液氢和液氧是理想的火箭推进剂,在随后的几年里,他进一步确信用他的方法一定会把人送入太空。他在实验室里第一次证明了在真空中可存在推力,并首先从数学上探讨包括液氧和液氢在内的各种燃料的能量和推力与其重量的比值。 1919年发表经典性论文《到达极高空的方法》,开创了航天飞行和人类飞向其他行星的时代。他最先研制用液态燃料(液氧和汽油)的火箭发动机,1925年在他的实验室旁的小屋里,一台液体推进剂的火箭发动机进行了静力试验,1926年成功地进行了世界第一次液体火箭发动机的飞行。它的意义正如戈达德所说:“昨日的梦的确是今天的希望,也将是明天的现实。”戈达德的研究极端缺少经费,而且挑剔的舆论界也不放过这位严谨的教授。《纽约时报》的记者们嘲笑他甚至连高中的基本物理常识都不懂,而整天幻想着去月球旅行。 他们称戈达德为“月亮人”。为新闻界左右的公众也对这位科学家的工作表示怀疑和不理解,但这都不能撼动顽强的戈达德。最好的办法是走自己的路,继续自己的研究,而对公众的反应保持沉默,因为他很清楚这种讥讽是不会持久的。 火箭动力学研究 他从1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究,三年后点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭,证明火箭在真空中能够工作。他从1920年开始研究液体火箭,1926年3月16日在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚液体火箭。 报界的注意力再次集中到他身上,至少这次有些赞扬的话语了。的是报界的报导引起了美国航空界先驱人物之一林白的注意。在亲自考察了戈达德的试验和计划之后,他立即设法从格根海姆基金会为戈达德筹得5万美元。这对于极端缺少资金而又迫切需要进行实验设计的戈达德真是。这时马萨诸塞州对于戈达德的计划就显得太拥挤了,于是在1930年他的全家和四个助手迁到新墨西哥州的罗斯威尔建立他的发射场。到1941年,除了短暂的中断之外,他在这里从事了在科技史上最令人瞩目的个人研究计划。 免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

宇宙中5颗奇特的系外行星,其表面的恶劣程度难以想象!

在我们的太阳系中一共有八颗行星围绕着太阳旋转,其中内侧四颗为岩石行星,外侧四颗为气态行星,不过行星并非是太阳独有,在宇宙中几乎每一颗恒星都拥有自己的行星,而这些行星被天文学家们称为系外行星。到目前为止,天文学家通过望远镜已经在宇宙中发现了超过5000多颗系外行星,而且在这数千颗系外行星中,还存在着远超出我们想象的奇特世界, 如有些行星的表面会下玻璃雨。有的会上演冰火两重天, 有的甚至还会逃离母星的控制,成为流浪行星,而今天便带你了解宇宙中奇特的5颗系外行星。1.HR 5183b行星HR 5183b行星是一颗气态巨行星,它距离我们大约为100光年,质量是木星的三倍,当时天文学家在发现它后,曾表示从未见过如此奇特的系外行星,因为它拥有奇怪的蛋形轨道,并且具有极高的偏心率,假如我们将他想象成太阳系的木星,那么其最远轨道能够达到海王星之外,可以想象到他的奇特之处。2.WASP-76bWASP-76b行星位于双鱼座方向,距离我们地球大约为630光年,他是一个绕着F型主序星运行的气态巨行星,其质量大约是木星的0.92倍,半径为木星的1.83倍,而它之所以独特是因为在它的表面会下铁雨,由于距离母恒星非常近,已经被潮汐锁定,因此它的一面总是朝向恒星,其白天温度高达2500C,以至于该行星上的铁元素都熔化成了气体。这些铁蒸气被强风吹到较冷的区域,并凝结成液滴形成铁雨。3.HD189733bHD189733b是一颗距离地球约63光年的系气态巨行星,质量比木星还要大13%,在2008年,天文学家通过偏振测量法测定,发现HD189733b的蓝色波段反照率高于红色,这意味着他看起来是一个美丽的蓝色星球。不过HD189733b虽然呈现出蓝色但并不是海洋,因为HD189733b表面温度极高,天文学家经过进一步分析发现,在它的大气层中富含硅酸盐,而这些硅酸盐在高温下熔化,然后形成了玻璃雨。这些玻璃雨在风速高达9000公里/小时的超音速风中呈弧形落下。4.开普勒10b开普勒-10b是开普勒望远镜发现被确认的第一颗岩质系外行星,距离地球大约为564光年,质量是地球的3.2倍左右,假如你能够置身于该行星表面会发现他这里如同地狱一般,由于距离主恒星非常之近,只有太阳至水星距离的20分之一,因此表面温度高达1300C,而在如此高温下,开普勒-10b上的铁和硅酸盐都成了熔岩状态,从而形成巨大的熔岩海洋。同时在强风的携带中,还会下熔岩金属雨5.流浪行星我们知道几乎每个行星都是围绕其母恒星运行,但在宇宙中也有特例。有些行星可能由于某种原因会逃离母恒星的引力控制,独自在寒冷的黑暗空间中徘徊。而这些行星被称为流浪行星,比如CFBDSIR2149便是一颗被恒星抛出的流浪行星。它的体积是木星的7倍,表面温度约为400摄氏度,是一颗只有5000万至1.2亿年历史的年轻行星,不过他是何种原因被抛出原来的行星系统,我们还不得而知!以上便是5个奇特的系外行星,看完不禁令人惊叹宇宙的奇妙和多样性。那么你觉得以上哪个最奇特呢,欢迎在下方评论留言!
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