的循环飞行器,甚至是往返於木星 - 小行星带的循环飞行器。核动力驱动的循环飞行器可以在漫长的航行过程中,利用多余的能量將这些冰物质转化为火箭燃料,同时补充自身的推进剂。实际上,这些冰物质可以通过无人驾驶的舱体、火箭运输,或是从木卫三或木卫二通过质量投射器发射出去,隨后被卸载到燃料库中,供穿梭机获取水、燃料、空气或其他所需物资 —— 这其中甚至可能包括循环飞行器上种植的多余食物。
在椭圆轨道上运行时,飞行器在返程段本质上是 “坠落” 向目標天体,飞行速度会逐渐加快;而当它绕过主天体並再次向外飞行时,速度又会减慢,因为重力会试图將其拉回。这意味著,在飞行器运行到两颗目標天体中较远的那颗外侧、相对枯燥的航行阶段,其速度会较低。因此,除了负责维护的船员外,我们不会让其他人在这段时间待在飞行器上。接下来,我们將很快探討前往其他行星的长途航行会面临哪些情况,以及前往月球的更短途航行方案。
循环飞行器的大部分航行时间都处於 “死寂” 的太空中。这类飞行器可能高度自动化,设计初衷就是仅在往返两颗天体的航行阶段搭载人员,其余时间则处於空载状態。循环飞行器的轨道周期是两颗天体会合周期(synodic period)的整数倍,或者说,当两颗天体再次达到会合位置时,循环飞行器也会回到相应轨道位置。会合周期指的是两颗天体再次回到相对彼此相同位置所需的时间。
地球绕太阳公转的速度远快於火星:地球公转一周需要 365 天,而火星需要 587 天。但地球需要多绕几周才能追上一直在移动的火星,因此,地球和火星都需要转过远超 360° 的角度,才能完成一次完整的会合周期 —— 这一周期为 780 天,即 2.135 年、25.6 个月或 111 周。颇具讽刺意味的是,在所有行星中,火星的会合周期是最不利於安排发射窗口的之一,仅次於金星(金星的会合周期为 584 天,即 1.6 年)。小行星带內目標天体的会合周期通常约为一年半,而地球与其他天体之间的循环飞行器轨道周期则略多於一年 —— 因为这些天体绕太阳公转的速度非常慢,地球只需多绕一周多一点就能追上它们,而此时这些天体甚至还未完成一周公转。
离太阳最近、公转速度最快的行星 —— 水星是个例外,其会合周期仅为 116 天;我们的月球会合周期则为 29.5 天(这一点很实用,因为两次满月之间的间隔就是这么久)。不过,月球绕地球公转 360° 实际上只需 27.3 天,而在这段时间里,地球会继续绕太阳公转一段距离,因此,月球需要额外 53 小时才能回到与太阳、地球呈一条直线(月球位於地球背向太阳一侧)的满月位置。
地球的公转周期为 365 天,因此地球与外行星的会合周期分別为:与木星 399 天、与土星 378 天、与天王星 370 天、与海王星 368 天、与冥王星 367 天。但这並不意味著往返这些行星的航行能有这么快 —— 飞行器的公转轨道半径必须大於目標行星的轨道半径,因此,整个循环周期必然会比外行星自身的公转周期更长(木星的公转周期约为 12 年,冥王星则长达数百年)。此外,循环飞行器每次经过行星时,也不一定会非常靠近行星。
