太空飛船為什麼不直接飛到月球？而需要環繞變軌

現在一般大的航天器環繞地球是利用地球引力加速，時間越久離地球越遠的時候，我們的航天器運行速度也會越快。通常繞飛地球三圈之後被甩出地球軌道，進入月球軌道也還要一個調整過程。當進入月球軌道後，我們的航天器又會利用月球引力減速，反之時間越久離月球越近的時候，我們的航天器的運行速度將會越慢。這樣才為我們的安全著陸提供了保障。

所謂的引力加速，又叫引力彈弓，就是利用行星的重力場來給太空探測船加速，將它甩向下一個目標，也就是把行星當作「引力助推器」。利用引力彈弓使我們能探測冥王星以內的所有行星，且能為人類節省大量的燃料。

太空飛船為什麼不直接飛到月球？而需要環繞變軌

總結有以下幾個原因：

第一，發射探月飛船，火箭是目前唯一的運載工具。眾所周知火箭在地球大氣層內會消耗絕大部分燃料，飛出大氣層把飛船送入預定軌道後運載火箭也就完成任務了，飛船後期軌道維持和變軌只需要很少的能量。

第二，測控要求。探月工程離不開航天測控，有效測控點越多，測控精度就越高。航天測控是一門複雜的工程，只有高精度的測控數據才能保證探月工程的順利實施。比如前期的入軌精度，真可謂差之毫厘謬之千里。飛船進入環地軌道，離開遠地點後，飛船發動機什麼時候點火加速抬升軌道高度準備進入地月轉移軌道，點火多長時間？

脫離地月轉移軌道進入環月軌道，調整飛船姿態減速，發動機何時點火，點火多長時間都需要測控部門的緊密配合，以便地面控制中心精準控制。如果直飛月球，測控點會減少很多，測控精度必然下降，地面控制中心很難控制飛船轉軌和變軌精度。正是由於測控技術的限制，飛船在環月軌道停留的時間要比環地軌道停留的時間大很多。

第三，發射窗口。根據星球的不同軌道位置，發射窗口有短有長。探測火星工程的發射窗口要比探月工程發射窗口少的多，窗口期時長也更短。探月工程發射窗口比較多，有效窗口期也長。對於遠距離探測任務，最佳發射窗口有可能長達幾年，幾十年一遇，窗口時長甚至會短到幾秒。直飛探測雖然可以充分利用發射窗口，但是同時又會使發射窗口變窄。令人遺憾的是，現有的火箭和飛船製造技術有限，現有測控技術不能滿足苛刻的發射窗口，所以航天科學家們往往望窗口興嘆，眼高手低絕對是不成的。

我們知道火箭推力克服的是：重力、空氣阻力、火箭加速。其中只有火箭加速才是做有用功，其它都是無用功。到大氣層外沒有了空氣阻力，只剩下克服重力無用功，為了消除重力無用功那麼就要把衛星儘快加速到宇宙第一速度(衛星不至於墜落的最低速度)以上，這就要通過計算機計算出最佳軌跡來兼顧火箭動力對有用功和無用功合理分配。

衛星一旦超過宇宙第一速度就可以只考慮如何提高衛星速度即可，此時推力大小已經變得不那麼重要，重要的是如何讓燃料消耗更少，這就要引入發動機一個重要參數——比沖 = 衝量/燃料質量，比沖越大越好，火箭發動機比沖小推力大，衛星發動機比沖大推力小，目前比沖最高發動機是等離子發動機。

由於高比沖發動機推力較小，所以衛星需要像盪鞦韆那樣慢慢提高速度積累能量，這就是衛星為何要在飛向月球前需繞地球做橢圓軌道飛行原因，加速過程就是變軌，使橢圓軌道越拉越長，隨著衛星動能積累最終會使衛星脫離地球軌道飛向月球，當然飛行軌跡要事先設計好才能做到最省力。

快接近月球時衛星還要啟動發動機減速以便能夠進入月球軌道，由於開始速度較快所以進入月球是個大橢圓軌道，還要不停減速變軌才能達到預想的近月軌道。

更多精彩內容請關注菜葉網微信公眾號

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！