第175章 人类登月（二）（1 / 2）

若在合適的时间从地球发射第一艘循环飞行器，5个月后可抵达火星；大约在第21个月时，它会再次穿过火星轨道，但此时它並不会靠近火星——实际上，此时它离地球更近；第26个月时，它会返回地球轨道；第31个月时，才会再次回到火星附近。我们或许可以考虑在循环轨道上採用有动力的低推力轨道，以改变这种运行模式，稍后我们会详细探討这一点。不过，更简单的方法是再部署一艘循环飞行器，专门负责从火星快速返回地球的航线。

通常我们所说的火星26个月发射窗口，其核心原理与上述循环周期概念一致，只是具体时间安排有所不同。常规情况下，从地球发射后约9个月才能抵达火星，著陆后需等待火星到地球的发射窗口开启（这一窗口遵循另一个26个月周期）才能返回。例如，若在2024年9月26日从地球发射，预计2025年6月11日抵达火星；但令人困扰的是，火星到地球的返回窗口在2024年7月20日就已开启——这甚至在我们从地球出发之前，若此时从火星返回，预计2025年4月5日就能抵达地球。下一个火星到地球的返回窗口则要等到2026年11月11日，返回地球的时间为2027年5月24日。这意味著，船员需要在火星表面等待一年半的时间，才能等到返回窗口——整个航行周期长达971天（32个月），这还未计入从地球出发前的准备时间（为避免因恶劣天气错过发射窗口，以及抵达合適位置进入转移轨道，通常需要提前几天从地球发射）。而第二艘循环飞行器的部署，则能帮助我们缩短等待窗口的时间。

现在，情况会出现一些变化：循环飞行器的轨道周期不必恰好等於一个会合周期——我们並非计划一直乘坐它绕轨道运行，而只是利用它完成从一颗行星到另一颗行星的短途航行。因此，通过部署多艘循环飞行器，並让它们运行在不同周期（例如两个或三个会合周期）的轨道上，我们就能获得更频繁的发射窗口。我们还设想过捕获一些轨道与循环轨道偏差不大的小行星，將其推入循环轨道，然后对其进行挖掘，利用其物质作为防护层和原材料。需要说明的是，地球-火星循环飞行器的轨道可以设置为靠近甚至穿过小行星带，因此它也可用於执行小行星带的探测任务。

这就引出了对有动力循环飞行器的討论：虽然循环飞行器的一大优势是无需持续消耗燃料，但如果飞行器本身已配备核反应堆，那么正如我们之前提到的，就可以利用多余的能量驱动离子推进器，並且只需偶尔补充新的推进剂即可。与化学火箭相比，离子推进器消耗的推进剂质量要少得多，只是推进过程非常缓慢——但循环飞行器（尤其是运行在多个会合周期轨道上，或前往小行星带以外更远天体的循环飞行器）有充足的时间。需要注意的是，在靠近太阳的轨道段，太阳能驱动的循环飞行器也可以实现这一功能，但这类轨道段的长度较短。因此，在这一领域，核动力（无论是核裂变还是核聚变——如果能实现的话）通常是最佳选择，不过通过雷射或微波传输能量也是一种可行方案，太阳能帆板或磁帆同样具有很大的应用潜力。

几年前，伊桑?麦克唐纳研究过一种有动力版本的循环飞行器，假设採用上述低推力推进方式。他计算出一个可能的飞行窗口：2022年2月23日从地球出发，一年多后（2023年3月7日）抵达火星，仅一个月后（2023年4月6日）就从火星启程返回地球，最终在2024年5月20日回到地球。这种方案在火星停留的时间很短，但非常適合船员轮换任务：新船员乘坐穿梭机在一个月內抵达火星表面，与驻火星团队交接物资、帮助新成员適应正在开展的项目，隨后便可搭乘飞行器返回地球。

这种有动力航线还有一个优势：抵达火星时，飞行器相对於火星的速度仅为5千米/秒；而常规的无动力（弹道式）循环飞行器，从地球抵达火星时的相对速度为11千米/秒，从火星返回地球时的相对速度为6千米/秒。这意味著，往返於行星与循环飞行器之间的穿梭机，无需消耗大量燃料就能完成轨道转移。

无论是有动力还是无动力版本的循环飞行器，在轨道上部署多艘（通常是两艘）时效率最高。不过，我们也可以在任意循环轨道上部署一对互补的循环飞行器。瑞安?拉塞尔和塞萨尔?安帕发现了24种地球-火星循环飞行器，其轨道周期为2至4个会合周期；若周期为更多会合周期，这类循环飞行器的数量会更多；此外，还有数百种非弹道式循环飞行器——这类飞行器需要进行一些有动力的轨道机动。

由於这些循环飞行器通常是为特定方向的航行设计的（要么从地球到火星，要么从火星到地球），我们通常將前者称为“上行扶梯”，將后者称为“下行扶梯”。不过，前往金星或水星的循环飞行器是个例外——由於太阳位於太阳系的“底部”，从地球前往这些更靠近太阳的行星，被视为“向下”航行；而柯伊伯带甚至奥尔特云则被视为太阳系的“顶部”。另一个例外是往返於小行星带、柯伊伯带或奥尔特云的循环飞行器——这些区域並非单一的点，而是广阔的盘状、环状甚至球状区域。因此，穿过这些区域的循环飞行器，在往返途中能有很长的时间窗口与眾多天体实现交会，而且不同周期的循环飞行器均可在此类区域运行（以小行星带为例，小行星的公转周期从3年到6年不等）。

奥尔德林还提出了一种改进方案——半循环飞行器，作为弹道式或有动力循环飞行器的替代方案。这种飞行器从地球出发抵达火星后，会进入火星轨道，在此期间充当太空作业基地，之后再启程返回地球。这种方案会消耗大量燃料，但能减轻穿梭机自身的燃料负荷；此外，一些擬议中的引力辅助机动技术，可將燃料需求降低15%。

与我们设想的、能在弹道轨道上运行数百年並多次停靠的大型循环飞行器相比，半循环飞行器的质量可能要小得多，更类似於其他类型的火星任务构想——即飞行器前往火星后停留在轨道上，船员乘坐穿梭机或著陆器前往火星表面探索，完成任务后再返回轨道飞行器。

正如前文所述，循环飞行器的设计可適用於其他行星，尤其適合水星：水星的会合周期短得多，而且在水星轨道附近有充足的阳光可供利用（尤其是对於太阳能帆板而言），因此更容易实现有动力轨道运行。通常来说，前往水星的航行速度更快，航行时间也更短，或许能比其他行星的循环飞行器更早投入使用。

此外，月球也可以作为循环飞行器的目的地。近十年前，巴兹?奥尔德林和安东尼?热內瓦在一篇题为《用於星际巡航飞船的月球自由返回循环轨道》的论文中，探討了这一构想。这篇论文提醒我们，循环飞行器的应用不仅限於围绕同一恆星运行的行星之间，或围绕同一行星运行的卫星之间——经过適当改造，循环飞行器也可用於行星与其卫星之间，甚至拉格朗日点之间的航行。