运载火箭发射卫星时不一箭直达，为什么要兜圈圈？是推力不够？

上过初中的肯定都知道，两点之间直线段最短。可纵观世界上所有的航天发射，不管是发射卫星，还是发射载人飞船，运载火箭在送这些航天器进入太空时都要拐弯兜圈圈，这是为什么？难道是运载火箭的推力不够？

就拿长征5号火箭来说，这枚火箭的推力可以将14吨重的航天器送到地球同步转移轨道。若是发射更小质量的卫星，必然能够将其送到离地面更远的轨道上去。可为什么几乎没有航天发射会采用这种“竖直向上”的发射方式？

不管是啥发射任务，运载火箭的飞行轨迹，基本上都是下图这个样子。火箭从地面升至高空，一路上火箭的轨迹会逐渐倾斜，最终飞行轨迹几乎与地面平行，然后消失在我们的视野中。

采用这种竖直向上的方式发射航天器，只有三种结果。

1，火箭动力足，直接让航天器摆脱了地球的引力， 然后一直飞下去，直到被其他天体的引力所捕获。航天器要脱离地球的引力束缚，所需要的最小初始速度为11.2千米每秒（这被叫做第二宇宙速度）。

2，另一种就是航天器刚好飞到了拉格朗日点，并停了下来。拉格朗日点是两个天体间的引力平衡点，理论上任意两个天体之间都存在5个拉格朗日点，但通常只有两个是最稳定的。在地球附近，离地球最近的地月拉格朗日点距离地球6.5万公里，而最近的地月拉格朗日点距离地球150万公里。

3，火箭动力不足，航天器无法摆脱地球的引力，在地球引力加速度的作用下，最终还是会落回地面。

大多数情况下，我们发射的都是环绕地球运动的航天器。若采用这种“竖直向上，一杆子到顶”的方式发射航天器，就算火箭的推力够大，能够将航天器一下子就送到预定轨道高度，它最终也会地球引力的影响下掉下来。

要想克服地球引力的影响，就必须给航天器一个切向速度，从而产生离心力，抵消地球的引力，使航天器绕着地球做圆周或者椭圆运动。所以火箭在发射的时候才要拐弯，火箭的飞行轨迹也是一个弧形。因为只有这样飞才能给航天器施加一个切向速度。

其实，火箭将航天器一竿子送到目的地也是可以的。如果没有火箭提供的切向速度，那么就必须依靠航天器自己的动力产生一个切向速度。可这样做需要携带大量的燃料，势必会增加航天器的质量，航天器质量变大了，运载火箭的推力也要弄得更大，运载火箭也需要消耗更多的燃料。

当然，这样做除了省燃料，也是因为现有火箭的推力并不大，很难将航天器一下子送入高轨道。就算能这样做，也并不划算。

航天器都是在地球上空沿着地球大圆环绕地球运动，轨道平面必过地球中心。而环绕地球运动的航天器的轨道种类有很多。

按轨道高度可以分为低轨道（近地轨道）、中轨道和高轨道。高低轨道并没有严格的划分，一般高度在1000公里以下的都被称为近地轨道或者低轨道。

轨道高度越高，航天器的运行速度也就越慢；轨道越低、越接近地面，所需要的运动速度就越快。如果航天器想贴着海平面飞行而不掉下来，它的速度必须要达到7.9千米每秒（第一宇宙速度），这也是航天器环绕地球运动所能达到的最大速度。

轨道高度为3.6万公里时，航天器的运行周期和地球的自转周期相同，这种轨道叫地球同步轨道。如果地球同步轨道的倾角为零，航天器正好沿着地球赤道飞行，这种轨道叫对地静止轨道（或地球静止轨道），它是地球同步轨道的特例，只有一条。

按轨道倾角则可以分为赤道轨道、极地轨道和倾斜轨道。其中，赤道轨道倾角为0度，轨道平面与地球赤道平面重合；极地轨道倾角为90度，轨道平面与地球赤道平面垂直，航天器会飞跃南北两极上空；而倾斜轨道的倾角既不是0度也不是90度。

如果按照航天器是否顺着地球自转方向飞行，又有顺行与逆行之分。

现在为了应对火箭推力不足，再加上考虑经济因素，大多都是先将航天器发射到近地转移轨道，然后再利用航天器自身的动力渐渐变轨至中高轨道。如果想将航天器送至距离地面3.6万公里的地球同步轨道或者地球静止轨道，现在都是先将航天器送至转移轨道，这种转移轨道的近地点距离地面只有几百公里，远地点则在3.6万公里以上，然后在变轨点至少要经过两次加速，抬升轨道高度，再变轨微调，才能到达预定轨道。微调的参数包括轨道倾角、轨道高度等。

这种转移方式被称为霍曼转移，它方式充分利用了天体的引力，可以在很大程度上节省航天器的燃料，唯一的不足就是耗费的时间长。

事实上，运载火箭斜着飞，还有另一方面的原因，因为航天器的飞行轨道大多都不位于发射场上空，要想发射至预定轨道，运载火箭从地面起飞后的飞行方向都不可能是竖直向上的。要是顺着地球自转方向发射，有地球自转线速度的加持，还更省燃料一些。

(公众号：科学探索菌）