自古以來，人類就夢想能夠登陸其他星球，1969年人類首次踏上地球外的土地─月球。近日人類除再次重新登陸月球外，也打算登上其他行星，火星便是第一首選。

　　地球距離火星約7800萬公里，遠大於地月距離38萬4400公里，我們可以預見，前往火星的難度要比前往月球來得高。太陽系不同行星的軌道並不相同，如果我們打算登陸火星，太空船便需要變換軌道才有辦法抵達，那我們要如何更換軌道呢？

　　太空船變換軌道遵循的是克卜勒定律，由於不同軌道的物體，其公轉速度不同，周期也不同，因此利用速度的變化來達成軌道的轉移，便是現今科學家的作法。儘管如此，太空船的飛行路線仍然有現實上的考量，那就是燃料成本，工程師霍曼利用數學理論推導出在最節省燃料的情況下，從一個圓形軌道轉移到另一個同平面的圓形軌道上，通稱為「霍曼轉移軌道」。

　　在前往火星的途中也會用到霍曼轉移軌道，由於太空船受到三個重力場的作用，即太陽、地球、火星，因此若能利用外在天體的重力場往前推進，便能夠節省燃料，以火星來說，根據克卜勒定律，其霍曼轉移軌道長5.9億公里，太空船約需耗時259天才能到達火星。

　　那什麼時候可以利用霍曼轉移軌道呢？根據計算，當地球落後火星44度時，約略是火星衝的前100天，便是前往火星的最佳時機，這段時間約維持1個月，稱為發射窗口，若錯過的話便要再等780天，這也是為什麼儘管今年有疫情的影響，NASA仍維持預定計畫，在7月中旬如期發射探測車毅力號的原因。

　　火星直徑約只有地球的一半，但它卻很有可能是人類的第二個家，由於馬斯克的豪語，大家對登陸火星已經是勢在必行，也許再過10年，人類就可以在火星上進行探險了。

　　「火星繞太陽公轉的半徑，大約是地球距離的1.5倍，為了到達火星將耗時超過半年所以實施霍曼轉移時，它的關鍵在於精確計算出開始轉移的時機。」─節錄自星象劇場《星際先鋒Explore》。

圖一、霍曼轉移軌道

圖二、太空船的軌道，即霍曼轉移軌道