王屋山

[拼音]：xingxingji feixingqi yundong lilun

[外文]：theory of the motion of interplanetary vehicle

在行星際空間飛行的人造天體稱為行星際飛行器，包括飛向和繞過行星的飛船、擊中行星（硬著陸和軟著陸）的火箭和行星的人造衛星等。行星際飛行器的運動基本上可以認為是在地球、太陽和其他行星的引力作用下的限制性多體問題。利用作用範圍可以把它簡化為幾個受攝二體問題。行星際飛行器的運動大致可分為三個階段：

（1）從地球表面發射到脫離地球作用範圍。主要研究飛行器相對於地心的運動，它除了受地球的引力（包括地球形狀攝動）作用以外，還受地球大氣的阻力和月球、太陽引力的作用。它相對於地球的運動軌道接近於雙曲線。這一階段的飛行時間很短。

（2）從離開地球作用範圍之後到進入目標行星的作用範圍之前──過渡階段。主要研究飛行器的日心運動，飛行器在太陽（有時還考慮某些行星）的引力作用下，相對於太陽的運動軌道基本上是一個橢圓。這一階段飛行時間最長，是飛行器運動的主要階段。

（3）進入目標行星的作用範圍之後。這時飛行器在目標行星和太陽的引力作用下運動，它相對於目標行星的運動軌道接近於一條雙曲線。如果要使飛行器成為行星的人造衛星或者在行星表面上軟著陸，則需要利用制動火箭使飛行器減速。這個階段持續時間也很短。

有些飛行器是同時飛往幾個行星的，例如“先驅者”11號、“水手” 10號和“航行者”2號等。這些飛行器的運動除了上述三個階段外，當進入“過路”行星的作用範圍時必須考慮這些行星的引力作用，直到完全脫離它們的作用範圍為止。對於需要回收的行星際飛行器，它的返回軌道也經歷上述幾個階段，只是過程相反，即把目標行星當作出發行星，把地球當作目標行星。

行星際飛行器的運動主要是在軌道過渡階段，這個階段的軌道設計十分重要。最節省能量的過渡軌道是日心橢圓軌道，它在近日點和遠日點上分別與相應的兩個行星的運動軌道相切，故又稱雙切軌道。這種過渡軌道是霍曼在1925年首先提出的，也稱霍曼軌道。沿著雙切軌道運動的飛行器從地球到目標行星的飛行時間，是這個橢圓運動週期的一半。根據各個行星的平均軌道半徑，求出從地球沿雙切軌道向行星發射飛行器的速度Vp和飛行時間△t1，見下表。可以看出，採用雙切軌道固然可以最節省燃料，但是飛行時間卻很長，對於像天王星等較遠行星，採用這樣軌道顯然是不現實的。另外，雙切軌道對於發射時的精度要求較高。若過渡軌道取為拋物線軌道，相應的發射速度將大於雙切軌道所要求的發射速度，相應的發射速度V孡和飛行時間△t2，見下表。可以看到，對於較遠的外行星，只要增加一些發射速度就能大大地縮短飛行時間。因此，採用拋物線軌道甚至雙曲線軌道作為過渡軌道是比較合適的。事實上，目前發射行星際飛行器的軌道絕大多數是屬於雙曲線型別的。

為了便於修正軌道和節省燃料，在空間飛行中還設計一種駐留軌道，它們是圍繞著地球和目標行星飛行的衛星軌道（見圖）。飛行器先發射到駐留軌道上，測定它的位置，用小火箭修正軌道後再進入過渡軌道。在到達目標行星時也先在駐留軌道上運動，選擇合適時機在行星表面的預定地區著陸。如果飛行器需要回收，可以把暫時不用的燃料儲存在駐留軌道上，以便返回時使用，這樣能夠節省燃料達90％之多。為了能使飛行器和儲存的燃料實現對接，在技術上要求是很高的。