翻閱行星探測史時，會發(fā)現(xiàn)一些匪夷所思的數(shù)字。比如：

美國“信使號”（MESSENGER）2004年8月3日發(fā)射，2011年3月18日進(jìn)入環(huán)繞水星飛行的軌道。歷時6年7個月。

美國“新視野號”（New Horizons）2006年1月19日發(fā)射，2015年7月14日飛越冥王星，歷時9年半。

水星是距離太陽最近的行星，跑在地球的內(nèi)圈，即使和地球隔著太陽遙遙相對（所謂“上合”）時，最遠(yuǎn)也不過1.5個天文單位（AU，即日地平均距離）。而冥王星曾是最遙遠(yuǎn)的行星（至少，“新視野號”發(fā)射時，它還是吶），“新視野號”遇見冥王星時，已經(jīng)離地球32AU了。

為什么跑到冥王星只用了9年半，而到水星卻要超過6年半呢？是不是“信使號”項目組把科研經(jīng)費(fèi)A掉了？

其實(shí)，一切都出于無奈。水星的公轉(zhuǎn)軌道位于太陽重力場的深處。探測器從地球出發(fā)，如果畫一條簡單弧線去水星，那么，與其說它前往水星，還不如說它在墜向太陽。打個比方：四樓陽臺上，一個大漢手滑，丟下一個鉛球，嚷著讓二樓陽臺的孩子接住，結(jié)果會怎樣呢？

地球就是四樓的大漢，水星就是二樓的孩子。已經(jīng)掙脫地球引力的探測器，再被質(zhì)量巨大的太陽持續(xù)加速之后，表面重力加速度只有地球38%的水星根本抓不住它。

假如不考慮繞飛，而只是從表面掠過的話，項目就會容易得多?！八?0號”探測器（Mariner 10），1973年11月3日發(fā)射，只花了3個月（次年2月5日）就跑到水星身邊了。但它跑得實(shí)在太快，無法入軌，最終圍著太陽轉(zhuǎn)了下去，和行星們平起平坐，級別還挺高呢。

其實(shí)拿“新視野號”來比較，并不太公平，對吧?！靶乱曇疤枴币仓皇秋w掠，倘若任務(wù)是繞冥飛行的話，就也要考慮抵達(dá)速度和剎車問題，不能跑太快。更公平的比較對象，是用了6年8個月落戶土星的“卡西尼號”（Cassini）。

回到原題上來。那么，我們多裝些推進(jìn)劑，讓探測器自己猛踩剎車，行不行？

真不行。即便是很“省油”的最終方案，推進(jìn)劑依然占掉了探測器總質(zhì)量的54%，再加燃料的話，就要換重型火箭才能升空。并且，推進(jìn)劑容器和隔熱系統(tǒng)（對于陽光熾烈的水星探測很重要?。┤家匦略O(shè)計，項目組承受不了這個成本。在約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗室的官網(wǎng)上，項目組答問時，非常老實(shí)地說：這個項目，推遲升空的話，就基本會被砍掉了……

推進(jìn)劑對于“信使號”入軌后的科研工作也很寶貴。水星太小了，太陽太近太大了，在強(qiáng)烈的引力干擾下，繞飛水星需要大量燃料維持軌道。把推進(jìn)劑留給科研探測，比花在路上值。

于是，“信使號”前往水星時，利用行星引力逐層降軌，走了極其迂回的一條道路，參與引力變軌的行星有地球、金星甚至水星自己。這個方案省油耗時。發(fā)射升空后，它飛掠了1次地球、2次金星、3次水星，到第4次遇見水星時，才算正式抵達(dá)。

2004年8月3日上天后，它先沿著近似地球軌道的橢圓兜了一圈，過了整整一個地球年，2005年8月2日，它再次和地球會合，并被地球引力甩向內(nèi)圈。然后，它在地球和金星之間轉(zhuǎn)了近3圈，期間2次飛掠金星。

第1次飛掠時，它把軌道調(diào)整為和金星公轉(zhuǎn)周期同步。這樣，經(jīng)過整整一個金星年（225天），它們就可以在同一點(diǎn)再次相遇。

2007年6月5日，“信使號”第2次飛掠金星，并被丟往水星方向。它的軌道變成一個很扁的橢圓，近日點(diǎn)在水星軌道、遠(yuǎn)日點(diǎn)在金星軌道。

換言之，剛才說的四樓大漢丟鉛球，現(xiàn)在挪到三樓丟了，二樓的小朋友感覺好了些。

不過，此時的“信使號”通過近日點(diǎn)（即水星軌道）時，秒速大約62.5千米，水星還是接不?。ㄋ枪D(zhuǎn)秒速39~59千米）。事實(shí)上，“信使號”升空后不到3年半（2008年1月14日），就已到過水星，只是這次剎不住車，喊聲“嗨”就絕塵而去了。

怎么辦呢？一次接不住，那就多見幾次面，每次慢一點(diǎn)吧。為了和水星約會，“信使號”陸續(xù)做了5次深空變軌（DSM）。它耐心地圍著太陽轉(zhuǎn)了11圈半，期間遇到3次水星。每次見面，它都把速度降一點(diǎn)，把軌道縮一點(diǎn)。到第4次相會時，水星終于能夠留住它了。

2011年3月18日，“信使號”正式進(jìn)入環(huán)水軌道，成了水星的一顆人造衛(wèi)星。此刻它離地球1.6億千米，可是回顧來路，它已經(jīng)繞日飛行了15.2圈，全程79億千米，相當(dāng)于從天王星走直線到太陽，再走直線去一趟“新視野號”遇見冥王星的位置。

咦？這么說，“信使號”走這么“慢”情有可原了。但是，它6年半走了一個天王星加一個冥王星，而“新視野號”花9年半才到冥王星，那么，是“新視野號”項目組A掉了科研經(jīng)費(fèi)？

其實(shí)也沒有。“信使號”的6年半，一直在太陽附近高速運(yùn)行，而“新視野號”則臉朝外飛，被太陽拖著后腿，越飛越慢。越過木星軌道后，速度已經(jīng)降到每秒十幾千米。只不過，在水星附近，飛到每秒四五十千米依然跳不出太陽的手心，而在木星以外，十幾千米的秒速就足以沖出太陽系了。

“信使號”的軌跡，雖前無古人，卻后有來者。2018年10月20日，歐洲空間局的“貝皮可倫坡號”（BepiColombo）繞水探測器發(fā)射升空，它也會采用“信使號”式的路徑，眼睛瞅著別處，假裝隨便逛逛，飛掠1次地球、2次金星、6次水星，到第7次才入軌。一切順利的話，它將在2025年11月2日入軌，全程耗時7年出頭，比“信使號”還要多出5個月。

由于前往水星的路上節(jié)省了大量推進(jìn)劑，“信使號”花了7個月完成既定探測項目后，又加班3年半，直到2015年4月30日才墜落水星。能在繞水軌道上堅持4年多，非常了不起。看似浪費(fèi)時間的路徑，還是很值得的。

中國的小行星探測任務(wù)正在規(guī)劃中。國家航天局副局長吳艷華日前曾表示，“我們還規(guī)劃了三次行星探測任務(wù)，包括一次小行星的探測和取樣，一次火星的采樣返回，還有一次木星系環(huán)繞探測和行星穿越探測”。

期待未來，中國的探測器觸及這些美麗又神秘的星體。

作 者丨雷 淼

編 輯丨王舒穎、萬珂、李晨

來 源丨中國的航天