探測器飛出太陽系時爲什麽不走捷徑?其實一直在走捷徑

刁博 2020-11-26 22:59:42

從甲地到乙地可以走多條路,最近的路和最快的路不一定是同一條路,最近的路和最快的路也不一定是最經濟的路。在宇宙航行中,探測器要沿著曲線飛往目的地,不會沿著最近的直線向前飛行。嫦娥五號奔月的過程中需要繞地球和月球轉動很多圈;將旅行者號送出太陽系時需要多次利用引力彈弓對飛船加速。若是要讓探測器走直線從地球飛到月球,或者是走直線飛出太陽系,需要一直爲探測器提供動力。

發射探測器時,火箭內絕大部分空間儲存的是燃料。盡管如此,那些燃料大部分在火箭點火後不久就會耗掉,以便使探測器獲得足夠大的速度。平時經常說的第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度就是在最節省燃料的情況下計算出的速度。比如第一宇宙速度7.9千米每秒,是指在地面附近給物體的初速度大于7.9千米每秒就能使物體繞地球無動力飛行。如果讓一個探測器始終以1米每秒的速度接近月球,只要有充足的能量,物體也能抵達。只是這種情況下消耗的燃料會多得驚人。

探測器在絕大部分飛行時間中是在做無動力飛行,在星球引力的作用下探測器的軌迹呈現爲曲線。盡管探測器走的路徑是彎曲的曲線,但這彎曲的曲線恰恰是探測器飛往目的地時的捷徑。第三宇宙速度是16.7千米每秒,意思是在地球上將探測器送出太陽系至少需要有16.7千米每秒的發射速度,這是借助了地球繞太陽公轉速度30千米每秒後的速度。而實際上人類發射的能夠飛出太陽系的旅行者二號、旅行者一號等飛船,它們的發射速度都沒有達到第三宇宙速度。因爲它們在經過土星、木星等星球時可以依靠引力彈弓加速,這是不將探測器以垂直于太陽系平面發射出去的重要原因之一。

另外,人們往往對太陽系外有著一絲神秘的向往,有不少人更樂意關注的是飛出太陽系的旅行者號等飛船。其實飛出太陽系只是旅行者號完成太陽系探測任務後的最後一個使命,其最主要的工作是探測太陽系中的木星、土星、天王星等星球。以旅行者號等飛船的飛行速度,在接下來數萬年裏要經過的區域都是一片荒蕪。沒有探測任務,這樣的探測器沒有意義。更何況旅行者號飛船上攜帶的電池只能工作幾十年,待電池停止工作後不會再給地球傳送數據。目前人類還不會單純地爲了飛出太陽系而發射探測器。

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