第12章 霍曼转移轨道：智慧的秋千（1925）

太空的距离以天文单位和光年计算，空间探测器飞行少则几年，多则几十年。怎样用人类智慧战胜遥远距离？空间探测器怎样才能飞得更快、更远？沃尔特·霍曼为星际探测开辟了一条最佳航线，从而为太空科学做出了贡献。

行星之间的距离太远了！如地球与金星间的平均距离为4150万千米，地球与火星间的平均距离为7860万千米，地球与土星间的平均距离为12.5亿千米，但作为深空探测，这样的距离不能算远。

星际飞行要求飞得高、飞得远，时间还要飞得长，充满了危险。探测器要尽量多带科学仪器，多带燃料并节省燃料，自身还要尽量轻……这些问题难住了科学家。直到1925年，才有一个叫沃尔特·霍曼的德国科学家出版《天体的可得性》一书，提出了两条圆形轨道的倾角相同、高度相异、非常省力的转移轨道——霍曼转移轨道。

霍曼转移轨道的优点是：可以从低轨道向高轨道转移，也可以从高轨道向低轨道转移，既节省燃料和缩短时间，又可以远距离连续访问多颗行星。它的缺点和遗憾是：飞行时间较长。

霍曼认为：当空间探测器离开地球时，必须获得11.2千米/秒的第二宇宙速度，才能克服或摆脱地球引力，实现深空飞行。空间探测器先沿着地球轨道一圈一圈飞行，当接近两星相交会的切点时，探测器在霍曼转移轨道两个交叉的切点点火加速，进入目标行星的轨道运行。也就是说，探测器加速，改变飞行轨道，可以缩短飞抵目标行星的时间。如美国“旅行者—2”号探测器的速度，比双切线轨道所要任务时间求的大每秒0.2千米，结果到达木星的时间缩短了近四分之一。

为了保证探测器沿双切线轨道的切点转移，必须计算好提前量。当探测器飞到与目标行星轨道相会处时，目标行星恰好也运行到切点。所以，要计算好提前量，必须选择在地球和目标行星都处于某一特定相对位置时发射探测器。

根据一定的相对位置要求，可以计算出提前量，也可以从天文星历中查到相应的日期。这个有利的发射日期，又称发射窗口，一般每隔一两年甚至几十年才出现一次。霍曼转移轨道的好处是：探测器可以在绕飞行星时，利用行星引力场加速，实现连续绕飞多颗行星，进行多星探索和远距离飞行。

通俗地说，霍曼转移轨道就是在行星之间荡秋千。空间探测器算好时间，在行星之间荡秋千，从一颗行星荡向另一颗行星，一步步接近目标行星。这是一个智慧的秋千，西方科学家又称它为引力弹弓、引力跳板和星际运输轨道。

由于霍曼转移轨道理论应用在“阿波罗”载人登月计划及“先驱者”号、“海盗”号、“旅行者”号等空间探测器的星际旅行上都非常成功和精确，沃尔特·霍曼被公认为太空旅行的先驱。