到达火星需要多长时间？

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到达火星需要多长时间？前往红色星球的旅行时间取决于几个因素，包括行星的位置和可用的技术。(图片来源:Nzoka John via Getty Images)

据美国太空网（By Nola Taylor Tillman, Daisy Dobrijevic）：想知道到达火星需要多长时间吗？

答案取决于几个因素，从地球和火星的位置到推动你到达那里的技术。根据美国宇航局的说法，去红色星球的单程旅行需要大约9个月。如果你想做一次往返旅行，总的来说，大约需要21个月，因为你需要在火星上等待大约三个月，以确保地球和火星处于合适的位置，以便返回家园。

我们来看看利用现有技术去红色星球旅行需要多长时间，并探索一些会影响你旅行时间的因素。

火星有多远？

为了确定到达火星需要多长时间，我们必须首先知道两颗行星之间的距离。

火星是离太阳第四远的行星，也是离地球第二近的行星(金星最近)。但是当地球和火星围绕太阳运行时，它们之间的距离是不断变化的。

理论上，地球和火星彼此最接近的时间是火星离太阳最近的时候(近日点)，地球离太阳最远的时候(远日点)。这将使行星之间的距离仅为3390万英里(5460万公里)。然而，这在有记载的历史中从未发生过。这两颗行星最接近的记录发生在2003年，当时它们相距只有3480万英里(5600万公里)。

当这两颗行星都在离太阳最远的时候，它们相距最远，位于恒星的相对两侧。此时，它们可能相距2.5亿英里(4.01亿公里)。

地球和火星之间的平均距离是1.4亿英里(2.25亿公里)。

以光速旅行到火星需要多长时间？



地球和火星这两颗行星之间的平均距离是1.4亿英里(2.25亿公里)。两颗行星之间的距离影响了在两者之间旅行的时间。(图片来源:美国宇航局/JPL加州理工学院)

光以大约每秒186，282英里(每秒299，792公里)的速度传播。因此，从火星表面发出的光到达地球需要以下时间(反之亦然):

最接近的可能:182秒，或3.03分钟
最接近的记录:187秒，或3.11分钟
最远进场时间:1342秒或22.4分钟
平均来说:751秒，也就是12.5分钟多一点

迄今最快的航天器

最快的航天器是美国宇航局的帕克太阳探测器，因为它在靠近太阳时不断打破自己的速度记录。2021年11月21日，帕克太阳探测器在第10次近距离飞越我们的恒星时达到了每秒101英里(163公里)的最高速度，相当于惊人的364，621英里/小时(586，000公里/小时)。根据美国宇航局的一份声明，当帕克太阳探测器在2024年12月到达太阳表面400万英里(620万公里)以内时，飞船的速度将达到每小时43万英里(692，000公里)！



美国宇航局的帕克太阳探测器是目前发射的最快的航天器。(图片鸣谢:NASA/约翰·霍普金斯APL/史蒂夫·格里本)

因此，如果你理论上能够搭乘帕克太阳探测器，并从其聚焦太阳的任务中绕道，以探测器第10次飞越时达到的速度(每秒101英里)从地球直线旅行到火星，那么你到达火星所需的时间将是:

最接近的方法:93小时
最接近记录:95小时
最远进近:686小时(28.5天)
平均:384小时(16天)

火星旅行时间与专家问答

我们向欧空局高级任务分析师迈克尔·汗询问了一些关于火星旅行时间的常见问题。

迈克尔·汗
欧空局高级任务分析员

迈克尔·汗是欧洲航天局(ESA)的高级任务分析师。他的工作包括研究飞往包括火星在内的行星的轨道力学。

到达火星需要多长时间&什么影响了旅行时间？

从一个天体到另一个天体所需的时间很大程度上取决于一个人愿意花费的能量。这里的“能量”指的是运载火箭所付出的努力和航天器上火箭发动机动作的总和，以及所使用的推进剂的数量。在太空旅行中，一切都归结于能量。太空飞行是对能源的巧妙管理。

向月球转移的一些常见解决方案是1)类霍曼转移和2)自由返回转移。霍曼转移通常被认为是需要最低能量的转移，但只有当你希望转移只持续几天，另外，如果对发射有一些限制，这才是真的。事情从那里开始变得非常复杂，我就不赘述了。

关于向火星的转移，这些必然是行星际转移，即以太阳为中心体的轨道。否则，上面所说的大部分都适用:问题仍然是能源的消耗。另一个复杂因素是，火星轨道相当偏心，而且它的轨道平面相对于地球的轨道平面是倾斜的。当然，火星绕太阳运行的时间比地球长。所有这些都在一种叫做“猪排图”的常见图表中考虑到了，这种图表本质上是告诉你出发和到达所需的日期以及所需的能量。

“猪排图”向轨迹专家显示，火星转移的机会大约每25-26个月出现一次，这些转移被细分为不同的类别，一个稍快，通常约为5-8个月，另一个大约需要7-11个月。也有需要更长时间的转移，但我不是在这里谈论这些。大多数情况下，但不总是这样，第二个，较慢的一个被证明是更有效的能源。一条经验法则是，转移到火星大约需要人类妊娠期的时间，大约9个月。但是这仅仅是一个近似值。你仍然需要做所有的数学运算来找出什么适用于特定的日期。

为什么打算在目标天体(如火星)上运行或着陆的航天器的旅行时间比那些刚刚飞过的航天器慢得多？

如果你想让你的飞船进入火星轨道或者在火星表面着陆，你就给设计问题增加了很多约束。对于轨道飞行器来说，你必须考虑轨道插入所需的大量推进剂，而对于着陆器来说，你必须设计和建造一个能够承受大气层进入载荷的隔热罩。通常，这将意味着火星的到达速度不能超过某个边界。将这种约束加入到轨迹优化问题中，将会限制你所获得的类似霍曼转移的解的范围。这通常会导致传输持续时间增加。

计算火星旅行时间的问题

之前计算的问题在于，它们是以直线来测量两颗行星之间的距离的。穿越地球和火星的最远通道需要直接穿越太阳，而航天器必须在太阳系恒星的轨道上运行。

虽然这对于最近的方法来说不是问题，但是当行星在太阳的同一边时，另一个问题就存在了。这些数字还假设两个行星保持恒定的距离；也就是说，当探测器从地球发射时，两颗行星距离最近，在探测器运行的时间长度内，火星将保持相同的距离。

然而，在现实中，行星在围绕太阳运行的过程中以不同的速度运动。工程师们必须计算出从地球向火星发射宇宙飞船的理想轨道。就像从移动的车辆上向移动的目标投掷飞镖一样，他们必须计算航天器到达时行星的位置，而不是它离开地球时的位置。

如果你的目标是最终绕着你的目标行星运行，你也不可能以最快的速度旅行。宇宙飞船需要到达的速度足够慢，以便能够执行轨道插入操作，而不是直接飞过预定的目的地。

去火星的旅行时间也取决于推进系统的技术发展。

根据美国宇航局戈达德太空飞行中心的网站，发射到火星的理想阵容将使你在大约九个月内到达地球。该网站引用了加州大学圣地亚哥分校物理学教授克雷格·c·帕滕的话:

“地球绕太阳一周需要一年，火星绕太阳一周需要1.9年(为了便于计算，比如说2年)。从地球到火星的椭圆轨道比地球的轨道长，但比火星的轨道短。因此，我们可以通过平均地球轨道和火星轨道的长度来估计完成这一轨道所需的时间。因此，完成椭圆轨道大约需要一年半的时间。

“在到达火星的9个月里，火星在轨道上运行了相当长的距离，大约是绕太阳运行的八分之三。你必须计划确保当你到达火星轨道的距离时，火星是你需要它的地方！实际上，这意味着你只能在地球和火星成一直线时开始你的旅行。这种情况每26个月才会发生一次。即每26个月只有一个发射窗口。”

Patten说，可以通过燃烧更多的燃料来缩短行程，这一过程在今天的技术下并不理想。

不断发展的技术有助于缩短飞行时间。美国宇航局的太空发射系统(SLS)将成为新的主力，用于携带即将到来的任务，以及潜在的人类前往红色星球。SLS目前正在建造和测试中，美国宇航局现在的目标是在2022年3月或4月发射Artemis 1，这是其SLS火箭的首次飞行。

机器人宇宙飞船有朝一日可以在三天内完成这次旅行。光子推进将依靠强大的激光将航天器加速到接近光速的速度。加州大学圣巴巴拉分校的物理学教授菲利普·卢宾(Philip Lubin)和他的团队正在研究星际探索的定向能量推进(DEEP-IN)。这种方法可以推动220磅的。他说，只需三天就能把(100公斤)机器人飞船送到火星。

卢宾在2015年美国宇航局创新先进概念(NIAC)秋季研讨会上说:“最近的进展将这一点从科幻小说变成了科学现实。”。"我们没有理由不这样做。"

过去的任务花了多长时间到达火星？

这是一张信息图，详细描述了几次历史任务到达这颗红色星球所用的时间(无论是绕行还是在表面着陆)。他们的发布日期包括在内。



这里列出了几个历史任务到达这颗红色星球所花的时间(无论是绕轨道运行还是在表面着陆)。他们的发布日期包括在内。(图片鸣谢:未来)