“欧罗巴快船”已经登程奔向木星,但是它不是直着飞向木星,而是先朝着火星飞过去,其实也不是朝着火星飞过去,而是朝着一片啥也没有的地方飞过去,因为那块区域在2025年2月会有一个红色大行星路过,那位过客叫做火星。于是“欧罗巴快船”就会故意落入火星引力场,借助火星引力实现一次引力弹弓弹射,把自己加着速拐着弯弹向另一处啥也没有的虚无空间,这片空间在2026年12月1日也会迎来另一个蓝色行星过客,这就是地球。地球引力现在将要扮演引力弹弓的新“皮筋”,而“欧罗巴快船”就是那颗弹丸。弹射的结果是“欧罗巴快船”再次拐弯加速扑向又一处宇宙虚无——一位过客将会在2030年4月11日从这里经过,它叫木星。这回“欧罗巴快船”会半推半就地扑进木星的引力场,略微调整一下姿势后就能获得一条便于观测木卫二的环木椭圆轨道。接下来,开工,干活。
那么问题来了,为啥行星探测器这类东西要如此费力地奔向遥远的宇宙深处呢?用火箭直接把它打向那里不香么?别告诉我火箭能力不够,现在火箭运力都好几十吨了,“欧罗巴快船”不也才6吨么,为啥还要选择如此折腾的轨道?
话怎么说呢?也许得从开普勒爷爷的研究报告开始。沿着椭圆轨道环绕行星运行的卫星,速度会在接近行星时增加,同时还会以烧鸡大捼脖的方式实现掉头,而后在奔向轨道远端的过程中逐渐减速,在最远点再次掉头,重新加速奔向轨道近端……周而复始。
再来说说人类的探测器问题。探测器要想发射到遥远的天体,比如木星,实际上是要进入环绕木星轨道,如果让火箭直接瞄准预定方位,那就意味着火箭前半程需要一直和地球引力做斗争,用海量的燃料换取远航所需的轨道速度,火箭就需要做得异常巨大,才能携带如此多的燃料,这是特别不划算的办法。于是工程师们就换个思路,先把探测器送到前往火星的轨道,这种速度要求容易达到,而在前往火星的过程中,探测器会随着接近火星,在火星引力作用下不断加速,最后在近火点完成转弯,这等于利用火星引力实现加速。转弯后只要调整一下,再让它进入奔向地球的轨道,利用地球引力在接近过程中实现二次加速转弯,此刻它的速度就加得差不多了,再做一点调整,就足够奔向木星系了。说的简单,做起来还是相当困难的,你必须找到一系列科学合理的轨道,通过详细计算出所需的发射速度和对应的燃料消耗量,还要通过精准的深空测控随时掌控探测器的状态并做及时调整。这次“欧罗巴快船”奔向木星,靠的就是这套逻辑。
几十顿那是近地轨道运力,如果到月球甚至火星就达不到几十顿了!