假設您從一個半管滑板坡道的頂部開始滑落，並且您打算回到起點。如果您停在管道的中間，則很難爬回起點，而如果您騎在坡道的另一側並讓重力使您向後加速，則更困難。

同樣，即使如果您計劃進入火星軌道，則選擇大多數軌道，因此您只消耗少量能量減速進入軌道，而僅消耗少量能量離開軌道和彈弓。將此與停止航天器中空並向後加速相比較。畢竟，您可以保留太空飛船繞地球飛行時的動量。

所有其他答案都很好，但我認為仍然缺少一種解釋：實際上，行星際軌道轉移實際上是如何工作的。

事實是，空間很大，並且事物還在不斷運動。同時，行星系統中的所有其他物體不斷地拉扯您（我們可以忽略其他恆星進行行星際轉移）。因此，在行星之間旅行並不像將您的船指向B行星方向並踩下速度踏板那樣簡單。

因此，事情一直在發展。具有歷史意義的火星任務歷時約100天到300多天-後者實際上意味著到您到達時，與開始時相比，火星在太陽系的另一側 。您需要針對火星 的位置，而不是目標位置。現在，對於旅行本身來說，這並不是什麼大問題，但請考慮一下在旅行過程中的某個時刻中止時會發生什麼—地球也在移動。這不像將飛船指向相反的方向並再次加速一樣容易-地球不再像開始時那樣。

為什麼到達火星需要這麼長時間？好吧，空間很大。這些探測器通常以大約20000 km / h的速度行進-在陸地方面相當快。但是，地球與火星之間的最近距離仍然超過五千萬公里。更快到達那裡的唯一方法就是加快速度。這裡存在主要問題-我們的太空船引擎實際上效率極低。噴氣發動機的效率比汽車發動機低得多，但它們仍然是火箭發動機的花生。

有兩個主要原因-推進劑和燃料。當您開車時，車輪從地球上推開-基本上，您是在“偷”或“給”地球動量，這意味著您的汽車只需要產生足夠的能量來提供動能，給與或採取。在真空中100％的效率下，一輛1噸的汽車僅需300 kJ的能量就能加速到100 km / h的速度-相當於10克汽油。首先令人煩惱的是動能相對於速度呈二次方增長-加速到200 km / h大約需要1400 kJ的能量，而不是600 kJ的能量。因此，要達到20000 km / h的速度，將需要大約1400 MJ的能量（1.4E10 J）-相當於大約280 kg的汽油，這是汽車本身質量的四分之一。

四分之一的重量是很多-太空船不能僅僅每隔幾公里就停下來加油。它從一開始就需要運送所有燃料-因此我們的樣車實際上不會是1噸，而是1噸+ 280千克汽油。而這280公斤汽油將需要更多汽油來加速自身-這就是所謂的火箭方程式暴政-攜帶的燃料越多，攜帶的燃料就越多，等等。現在，如果我們實際上擁有一枚僅以280公斤燃料就能將速度從1噸加速至20000 km / h的火箭，那我們就變桃了。但是，我們沒有任何接近這一點的東西。為什麼？上面提到的兩個原因-燃料和推進劑。

您可能會說，等等，我們已經計算了燃料-即280千克汽油（加上汽油中的汽油，...），對嗎？不。汽油不僅會自發分解並釋放能量，還會被燃燒，這只是說它與氧氣發生化學反應的一種簡單方法。您的汽車可以輕鬆利用周圍的氧氣，免費獲得其質量，但火箭傾向於在真空中行駛-他們也需要攜帶氧氣才能乘車。當然，這是多餘的。多少質量？好吧，使用非常簡單的計算（考慮到純正辛烷完美燃燒），您需要大約3.5kg的氧氣才能燃燒1kg的汽油。我認為您現在就可以看到問題了-儘管與我們的1噸汽車相比，我們幾乎無法忽略280千克的重量，但當您實際需要的燃料超過車輛重量（280千克汽油+ 980千克氧氣）時，問題就變得顯而易見！ p>

但是等等，這還沒有結束。這解釋了問題的燃料部分，但是仍然有推進劑。汽車不需要推進劑，因為它們可以推離地面。甚至噴氣機也不需要攜帶自己的推進劑，因為它們再次使用環境空氣作為燃料和推進劑。但是同樣，我們的火箭發動機沒有那麼豪華。它需要在旅途中攜帶推進劑。這是火箭科學變得非常複雜的地方（而且我們甚至還沒有一覽關於軌道或行星際運輸的信息！）。

動量守恆本質上是說，要在一個方向上加速，您需要以相同的加速度在相反的方向上以相同的質量來加速其他東西。您還可以將質量換成速度-拋開推進劑的速度越快，給予相同加速度所需的質量就越少。這是火箭的排氣速度-推進劑相對於火箭的速度。為了給您一點規模，典型的液態氧+液態氫火箭的排氣速度約為18 000 km / h。這基本上意味著要將1噸的飛船加速到18 000 km / h，您需要1噸的推進劑（不考慮燃料和推進劑本身的質量以及發動機的質量）。如果我們不再忽略燃料和推進劑的質量，則需要轉向火箭方程式，同樣，您需要更多的燃料來加速燃料。

火箭方程式有以下未知數：

• 所需的速度變化量（稱為 delta-V ）。在我們的情況下，速度為20000 km / h-約5500 m / s。
• 我們火箭的排氣速度。在我們的案例中，速度為18000 km / h，即約4900 m / s。
• 飛船的“幹”質量-即不包括燃料和推進劑。在我們的例子中，我們將堅持使用1噸的值。
• 飛船的“初始”質量，包括燃料和推進劑。這就是我們要確定的。

在方程式中輸入已知值將使我們的初始質量約為3.2噸-因此，您需要約2.2噸燃料才能將1噸飛船的速度提高到20000 km / h。那已經很糟糕了-別忘了我們還需要首先將飛船送入軌道，在這種情況下，有效載荷/燃料比甚至更糟。但是，等等，情況變得更糟。要停止航行，您再次需要加速相同的速度。另外5500 m / s的燃油質量為9.3噸-只是停止在目標位置。要實現中途回程，初始加速需要5 500 m / s，停止需要5500 m / s，再次需要5 500 m / s來重新開始，最終需要5500 m / s來停止。這給您帶來了22,000 m / s的增量V的巨大需求，而您的1噸微型飛船需要106噸燃料。這就忽略了實際存儲所有燃料以及將其輸送到發動機所需的所有燃料管路等所需的質量！

很明顯，我們目前的火箭發動機技術，您提出的建議幾乎是不可能的。解決此問題的方法有兩種：一種是升級（丟棄飛船的“用完”部分），另一種是使delta-V要求盡可能低。

登台使您可以製造燃料/艦船質量比更高的火箭。對於單級火箭來說，大約15的比例已經非常困難，而考慮到我們的技術，超過20的比例是非常不現實的。這主要是由於您需要各種支撐等，以確保您的火箭不會崩潰（或爆炸-常見的燃料混合物是液態氫和液態氧）。關於分段的一個很酷的事情是，您基本上要乘以不同階段的質量比-因此，要獲得100+的質量比，可以使用三個階段，每個階段的質量比為5。缺點是您最終到處亂扔了用完的載物台（它們的價格幾乎被扔掉了，飛船載物台也不是很便宜），而且您仍然需要使用大量燃料來提供一點有效載荷。

delta-V技巧將在其中出現。一個很棒的技巧是使用目標的大氣進行最終制動-例如，飛行器返回地球時一直使用該技巧。不必消減整個軌道速度，只需剃掉大約100 m / s左右的速度，即可使您足夠低地進入大氣層，從而獲得足夠的阻力來“竊取”剩餘的軌道速度。但是，用行星際速度進行相同的操作有點棘手-您只有有限的時間擺脫足夠的速度才能進入合理的軌道。而且，您需要剎車的速度越快，您的飛船結構就必須越堅固-而更堅固的結構意味著更大的質量。保持飛船/探針盡可能小的另一個原因。

另一個很棒的技巧是利用其他行星的引力來改變速度-這需要大量的計劃，但是允許您既加速又減速而不消耗任何燃料（路徑校正所需的鑽頭除外）。這在70年代的Voyager飛行任務中獲得了極大的效果-Voyager 1憑藉其眾多的重力輔助裝置，實現了超過17 km / s的速度。即使那樣，這也僅是地球軌道速度的一半-因此，您確實要確保在發射時從地球竊取盡可能多的速度。棘手的部分呢？首先，這有點慢。您所走的路徑可能比直接路徑要長得多，尤其是在您需要多個行星提供多個重力輔助的情況下。航海家之所以能夠執行任務，主要是因為在70年代，外行星對齊，使航海家可以使用木星和土星（航海家2為+天王星）進行一系列輔助，以“免費”增加其速度。那裡的把戲？這些對齊不會經常發生。另一種可以進行相同任務的調整大約每隔170個年發生一次。

現在，從地球到地球旅行時，行星位置問題並不是什麼大問題火星-首先，您不需要像旅行者號那麼多的delta-V，第二，地球和火星的軌道都短得多。但是，如果我們繼續使用現代風格的火箭（與所謂的“火炬”相對，它能夠加快整個行程，並且由於其巨大的排氣速度而避免了此處提到的許多問題），至關重要。這引起了人們熟悉的發射窗口概念（在戲劇中也很有用-“如果我們現在不走，我們的下一個選擇是3年內，屆時我們d飢餓”）。

如果您想獲得盡可能低的delta-V預算，霍曼轉移軌道就是您的朋友。但是，它們也是最慢的，並且最依賴於行星的排列。發射窗口是定期的-同樣，旅行者號飛行任務每175年左右發射一次窗口，而火星任務則每780天發射一次。您願意花費的delta-V越多，發射窗口就越寬，旅程就越短。

例如，從地球到火星並返回至少需要30 km / s V的增量相比之下，大型土星V火箭的速度僅為18 km / s。我們盡可能地使行星際探測器變得輕便，並且我們不會再將它們帶回來也並不奇怪：)此行程大約需要17個月。相當長的時間-對於無人探測來說並沒有多大關係，但是任何人員都需要攜帶大量物資，善於回收利用並且不會發瘋。在預算中添加更多的delta-V可以使我們進行大幅調整-53 km / s將使您在短短兩個月內完成行程。當然，獲得53 km / s的delta-V遠遠超出了我們目前的能力。忽略相當大的油箱的質量，您需要的質量比約為80 000。有趣的是，將預算提高到94 km / s只會節省大約半個月的時間-增加更多的delta-V會減少收益，因為您仍然嚴重依賴技巧，因此-delta-V越多，這些技巧的效果就越差比較。

那麼，絕對荒謬的離譜三角洲Vs又如何呢？下一步顯然是可以加快整個行程的過程。我們已經為此進行了離子驅動器的實驗，但是隨著我們獲得的那種加速，它對人類來說並不是真正有用的。但是，讓我們想像一下，我們有一些聚變炬驅動器，可以為我們提供足夠的可達增量V。將delta-V推至370 km / s（還記得我怎麼說荒謬 delta-V嗎？），往返時間約為一個月。這相當於約0.01 g的恆定加速度。至此，軌道力學不再是一個很大的限制，因此增加更多的delta-V趨向於使您接近線性加速-0.1g的加速度需要12天往返約1100 km / s，而1g的需要“只需3500 km / s，即可進行4天的往返行程。

很顯然，一旦獲得火炬，原來的問題就消失了。即使在0.01g恆定加速度的情況下，與軌道速度相比，您的速度還是很大的，因此使您的船轉身的成本也相對較小（與整個前進和後退的速度相比），並且所有這些操縱技巧的影響都是也很小（所以您可以節省我的delta-V預算的1 km / s？大不了...）。

但是只要您乘坐的是現代火箭，那到達火星需要9個月的時間...一旦進入行星際軌道，就再也回不去了。即使您用盡了所有剩餘的燃料，您甚至也不會停下來，更不用說轉彎了。您只需要坐在其餘的旅行中即可：）

我認為“中途”是指沿著從地球到火星的轉移軌道的中途，而“轉身”是指立即反向。沒有理由使航天器“不能”這樣做，但是完全不切實際的原因是由於需要改變航天器軌蹟的推進劑。

中止火星轉移到地球要求航天器沿著其當前的行星際轉移軌道繼續運行，直到其返回地球為止-但最重要的是，它要求對轉移軌道進行一定的選擇，以使航天器遇到地球​​。如果沒有適當的時間安排，航天器將在發射時返回地球 的位置，而不是到達同一點時地球所在的位置。這種中止情景使用的是 自由返回軌跡，該軌跡在阿波羅13期間使用（以及隨後的推進動作，以加速返回並改變飛濺位置）。

您可以在本文中找到有關地球對火星中止情況的討論-參見第20頁。自由返回軌跡和推進軌跡

這裡是左側2年自由返回軌跡與右側強制性墮胎軌蹟的比較（來自以上鍊接的論文）。請注意，右側的綠色虛線表示沒有任何推進動作的軌跡（在正確的時機不會到達地球）。

沒有任何理由可以使航天器無法改變其軌跡以返回地球，只需要適當的delta-v預算和時間即可。

取決於最初設計該飛船的目的是什麼，它可能沒有delta-v來執行這樣的航向改變。

• 例如，delta-v保留在單向火星上與彈弓相比，即使是使用了火箭動力在火星上進行軟著陸的飛船，也肯定不會有delta-v更快返回地球，即使有的話。

• 相比之下，不帶單獨著陸器（從地球，去火星，著陸，返回軌道，返回地球）的兩艘火星飛船上保留的delta-v可能會撤回機動，儘管並非如此必須以最方便的方式（比地球軌道更靠近太陽，以“追上”它）。

• 作為平衡點，一艘旨在去火星，留在軌道上，而著陸器降落到地面並返回，在進行下一次方便的轉移回地球時，要考慮是否具有“轉回”所需的delta-v。

，最方便的時間返回是非常昂貴的，因此，乘員或補給可能會用光時間等待更省油的運輸；

這很容易嘗試，只需下載 KSP試用版並使用一艘預製船即可。太陽係並不完全相同，但是您可以通過Duna看到每個動作的相對優點，或者下載一個mod來與我們的相當相像。

如果您的要求足夠好，論壇上，有人可能會以視頻形式為您記錄答案。

編輯

如果您不熟悉delta-v的簡短說明：delta-v是您的飛艇可以執行的速度變化量的量度。如果您騎自行車並以每小時4英里的速度行駛，並且想要達到10 MPH，則需要6 MPH delta-v。您可以將能量用於抵抗重力引起的表面摩擦而消耗的能量，提供給地球表面的“飛行器”。

因為在近乎真空的空間中幾乎沒有物質，所以幾乎沒有任何物質推開的摩擦力。改變空間速度的唯一（當前）方法是沿相反方向拋質量。如果您快速“拋棄”質量會有所幫助，這就是為什麼我們使用燃燒並隨後很快拋棄的火箭燃料的原因。

要注意的另一件事是，空間物體之間的軌跡通常是轉移軌道的某些變體，而不僅僅是“朝”某物前進。一旦確定了軌道，就將繪製出將其改變為一個軌道的動作，該運動將在非常接近目標物體的時間截獲另一個軌道。然後，“轉身”不僅變為逆轉航向或“拉動180”，而且還改變了與原始物體相交的返回傳遞軌道的軌道。

霍曼轉移軌道，Wiki文章是一個不錯的起點。

我會嘗試一個不太技術性的答案，因為大多數人都不熟悉太空旅行涉及的數量級，而科幻電影則告訴我們，在太空中飛行就像在海上巡航的船。 / p>

要逃避地球的引力，您需要非常快的速度。您將需要超過40000 km / h，這比噴氣客機快40倍以上，比有史以來最快的戰鬥機快10倍以上。要達到此速度，您需要一台巨大的火箭發動機和大量的燃料。花費（幾乎）相同的能量來停止您最初開始加速時使用的能量，然後再次花費該能量以在另一個方向上達到相同的速度。那麼，為什麼不運載三倍的燃料呢？因為不像汽車，您只能在行李箱中放一小桶多餘的燃料，所以航天器的大部分重量都是由燃料組成的。

在發射之前查看航天器的圖片時，您會發現其中大部分是燃料：

看到頂部附近有一個小的梯形嗎？那是實際的太空飛船，其餘的大部分都是燃料。所以我們只製造3倍大的火箭，以防萬一我們想回頭吧？錯誤！圖片中的巨型火箭被用來加速那小巧的太空飛船！為了提起所有多餘的燃料（比原始的整個火箭重），您將需要更大的火箭。為了發射更大的火箭，您將需要更大的火箭，依此類推...

在xkcd上有一篇有趣的文章，描述了您將需要的東西返回我們即將離開太陽系的小探針之一：它需要的火箭至少比我們用來發射它的那個火箭大60倍！

軌道力學很奇怪。在地球上時，出事時轉身回家通常是一個很好的解決方案。在太空中並非如此，因為有一些奇怪的怪癖。

• 在太空中停止（真的）真的很困難。
• 最短的距離是彎曲的。
• 住所不斷移動（真的非常快）

停止很難

因此，對於第一個項目，停止很難。這是因為您無法在太空中製造剎車。這意味著要停止，您需要一枚與您一開始就使用的火箭一樣大的火箭。

但是，如果您需要發送一枚非常大的火箭，那麼您需要一枚

我們將此問題稱為“火箭方程式的專制”。

這就是為什麼我們幾乎總是停在我們所處的行星上的原因可以使用制動器（或稱降落傘）。

最短的距離是彎曲的

通常，地球很平坦。但是，如果需要從a到b步行並且有一條山路，通常會繞山走。

空間是相同的。在軌道力學的作用下，中間有一個巨大的山丘，我們稱之為太陽。

房屋在不斷移動

火星，地球將移動。如果您轉過身再走回去，它將不會在那裡。現在有可能位於火星的“另一側”，這取決於恆星的排列。

航天器的飛行路徑不能比原先計劃的效率低

通常，航天器將有足夠的燃料來完成其預定的任務路徑和一定的安全裕度，但不能超過此水平。此外，由於燃料佔總重量的很大一部分，因此您將優化任務以採用最有效的合適路徑，並經常依靠各種因素，例如使用重力輔助等方法來選擇過渡力矩以適合行星的特定位置，例如

此外，由於軌道力學的工作方式，如果您正在前往火星，那麼轉彎的最便宜的方法（從燃料角度而非時間角度）是去火星軌道並燃燒掉引擎。

即使只是在無處可去的地方“停止”（例如相對於太陽），所需的燃料也已經超過了您加速所需的燃料，因為該任務肯定是計劃使用地球軌道速度的並以初始任務計劃的優勢實現地球自轉速度；

這意味著，如果您有足夠的燃料來進行特定的火星之旅並返回，那麼倒車所需的燃料也比預期的多。

，在將其燃燒將近一半以開始初始行程後，任何重大更改都將需要更多的燃油-而您根本沒有。