第一百一十四章：火星計劃
“為什麽是液氧甲烷？”
何小峰抿了一口咖啡，感受舌尖上的香濃滑膩，嘖，nice！
“液氧甲烷的比衝雖然低於優秀的氫氧組合，但是依舊比液氧煤油高出一些，使得這個燃料氧化劑組合有了實用價值。”
原因一、甲烷燃料罐設計製造難度較低，相對於氫氧組合，甲烷的沸點遠高於液氫，和液氧接近。
氫氣密度極低，氫氧火箭的氫氣罐遠比氧氣罐要大，航天飛機每次發射都要抱著一個巨大的橙色燃料罐，那個裏麵就是液氫燃料。
原因二、渦輪泵設計製造難度較低，甲烷火箭從燃料罐到管路，再到渦輪泵，大幅降低了設計製造難度。
而氫的密度太低，氫泵轉數要求高，設計極難，需要多級泵才能達到想要的燃燒室壓力。
原因三、火星有儲量豐富的甲烷，隻需收集就可以用作飛船燃料。
莫斯教授聽完笑著說道：“看來你的火星計劃，有了百萬分之一的可能性。”
何小峰從手提包裏掏出紙和筆計本：“教授，在不涉密的情況下，您能介紹一下海盜1號是如何在火星著陸的嗎？”
“這個沒問題，實際上我在很多地方都做過演講，首先你要明白一個概念叫做‘火星發射窗口’。”
由於地球和火星公轉周期不同，火星的公轉周期是687天，在687天裏，它會繞太陽旋轉一周(360度)，這意味著它每天會移動0524度。
火星的軌道是偏心率為009的橢圓，地球軌道則接近正圓，這意味著地球和火星之間的距離在時刻複雜變化。
當太陽、地球、火星連成一條直線時，它們之間距離最短，約5600萬公裏。這樣的理想位置，每隔779天才會出現一次，大約是26個月。
因此得出結論，當地球和火星的日心經度夾角為44度時，是理想的發射時間。
目前化學燃料為核心動力的火箭，性能極其有限。在地球、火星會合的時間點附近窗口，發射探測器，成功率就會高很多，這個時間點就被稱作‘火星發射窗口’。
莫斯教授轉身從身後的書櫃裏拿出一本相冊，攤開一頁，放到何小峰麵前。
“這個就是海盜1號，人類第一個成功登陸火星的探測器。探測器由兩個部分組成，軌道衛星和著陸器。”莫斯教授指著兩張照片介紹道。
“海盜1號於1975年8月20日發射，1976年6月19日進入火星軌道，7月20日著陸器在火星地表登陸。”
天體物理學家瓦爾特·霍曼，在1925年，提出了一種變換飛船軌道的方法，可以幫助航天器節省燃料，被稱作霍曼轉移軌道
“我們把地球到太陽的距離，約15億公裏，記作1個天文單位（au），火星到太陽的距離是152個au，霍曼轉移軌道的半長軸是126個au。”
根據開普勒第三定律（r3)(t2)=g(4π2)，計算得出霍曼轉移軌道的周期是517天，探測器由於是單程，所以整個周期大約需要259天。
在火星發射窗口期，從地球上發射一個探測器，使它超過第一宇宙速度，在近日點，讓探測器加速至霍曼轉移軌道。
轉移軌道上高速奔馳的探測器，會受到入軌偏差、控製偏差等因素的影響，出現一些微小的誤差，進而與預定軌道產生一定的偏離。
這時候需要探測器深空機動，主動調整探測器繞日軌道的尺寸和傾角，對誤差進行修正，讓探測器飛行的軌道達到預期要求。
在259天的航行中，火星將移動136度，探測器抵達霍曼轉移軌道的遠日點。這個時候，探測器需要點燃發動機，急劇減速，否則隻會掠過或者撞擊火星。
隻有大於火星的第一速度，小於第二宇宙速度才能成為火星的衛星，被火星引力捕獲，之後還要及時修正探測器的軌道麵。
“如果你要計劃前往火星，進行往返旅行，同樣要借助霍曼轉移軌道，這樣最少需要972天，兩年半。”
莫斯教授饒有興趣的看著這個年輕人。
何小峰這時候才知道，火星往返一趟最少需要兩年半，他的那份《火星計劃》幼稚的可笑。
“我絕不放棄，地球是人類的搖籃，但人類不會永遠被束縛在搖籃裏”
莫斯教授頷首繼續說道：“剛剛我是盡可能簡化了飛行過程，海盜1號，實際上花了十個月才抵達火星軌道，飛行距離超過五億公裏。”
在航天領域有個經典的三體問題，當三個物體在引力作用下自由移動時，它們的軌道就完全無法預測，沒有準確模型能夠描述，隻能不斷給出限定和假設，嚐試通過各種數值法去逼近。
對於火星探測器而言，遠遠不止三體問題這麽簡單。太陽係內各種天體，例如恒星、行星、矮行星、衛星、小行星、彗星、空間碎片、星際分子雲、不計其數，它們都在向火星探測器施加萬有引力。
除此之外，還有很多非引力項存在，它們又可以叫做非保守力。例如太陽輻射的光子會打在探測器表麵產生光壓，探測器本身熱輻射，探測器星載儀器開機引起的輻射，相對論效應
飛船的測控通信，需要麵臨距離遙遠帶來的一係列問題，探測器測控通信，通常采用無線電信號進行信息傳輸，而無線電波以光速向外輻射，強度按照傳播距離的平方衰減，所以距離信號的發射源越遠，強度越低
“我們假設你的飛船成功抵達了火星，最難的一步才剛剛開始，火星著陸。”
火星大氣層的密度約為地球大氣層密度的百分之一探測器的著陸過程對探測器防熱措施，降落傘、氣囊或是緩衝發動機必須按程序工作，任何一個環節出現偏差，都將導致著陸失敗。
莫斯教授的一席話，依然沒有擊退何小峰前往火星的決心，盡管現在看來火星之旅是一個美麗的幻想，但夢想總是要有，萬一實現了呢。
何小峰改用丘吉爾的話說：“如果前往火星必須要穿過地獄，那就繼續前進吧！”
s：這章我寫了一天，終於明白為什麽沒人寫航天了，我是個傻子。
感謝各位讀者大大的訂閱。