题目

嫦娥一号为什么绕地球飞行好几圈后才飞向月球?在绕地球飞行数圈后是不是要耗费大量的燃料?
为什么不在地球上发射的时候直接发射到月球的轨道上去?

提问时间：2020-12-13

答案

飞行器的飞行轨迹的设计,必然是燃料最省的设计,这一点不用怀疑,而为什么嫦娥一号也好,曾经的阿波罗也好,都要先绕地飞行,然后才能到达绕月轨道呢.这一点要用以下理论来解释.
我们认为,对于圆周运动来说,半径越大,能量越高,一定的能量级,对应着一定的轨道半径,这是由牛顿的经典运动力学给出的答案,也是能量守恒定律决定的.至于相对论,也许计算结果更精确,但也基本没有脱离这一定理.而现实中,我们在航天实践中,要想把飞行器的能量提高到相应的级别,是无法直接实现的,因为我们造不出那么大的火箭发动机,在技术上也会更加复杂.所以,我们通常是逐步提升飞行器的动能的,也就是相应提高它的轨道半径.也就是我们所说的高度.不要说是发射月球卫星,即便是地球同步卫星的高度,也不是一步实现的,也是分三次变轨,逐步提升轨道高度,到达同步轨道的.我们的飞行器在绕地飞行时,如果不作其他的动作,是不会耗费燃料的,这一点牛顿的经典运动力学也早就给出了答案,不过在变轨提升轨道高度的时候,还是要耗费燃料的,这是不可避免的,要严格的符合能量守恒定律的.另外说点远的,按照爱因斯坦的理论,飞行器的绕地飞行之后再飞向月球的轨迹,实际上是飞行的最短距离,而你所建议的直接发射到月球轨道的做法,其实,是把距离加长了,反而浪费了燃料,这一理论比较复杂,也较难理解,你多看看有关相对论的知识,这里就不罗嗦了.