力(弹道式)循环飞行器,从地球抵达火星时的相对速度为 11 千米 / 秒,从火星返回地球时的相对速度为 6 千米 / 秒。这意味著,往返於行星与循环飞行器之间的穿梭机,无需消耗大量燃料就能完成轨道转移。
无论是有动力还是无动力版本的循环飞行器,在轨道上部署多艘(通常是两艘)时效率最高。不过,我们也可以在任意循环轨道上部署一对互补的循环飞行器。瑞安?拉塞尔和塞萨尔?安帕发现了 24 种地球 - 火星循环飞行器,其轨道周期为 2 至 4 个会合周期;若周期为更多会合周期,这类循环飞行器的数量会更多;此外,还有数百种非弹道式循环飞行器 —— 这类飞行器需要进行一些有动力的轨道机动。
由於这些循环飞行器通常是为特定方向的航行设计的(要么从地球到火星,要么从火星到地球),我们通常將前者称为 “上行扶梯”,將后者称为 “下行扶梯”。不过,前往金星或水星的循环飞行器是个例外 —— 由於太阳位於太阳系的 “底部”,从地球前往这些更靠近太阳的行星,被视为 “向下” 航行;而柯伊伯带甚至奥尔特云则被视为太阳系的 “顶部”。另一个例外是往返於小行星带、柯伊伯带或奥尔特云的循环飞行器 —— 这些区域並非单一的点,而是广阔的盘状、环状甚至球状区域。因此,穿过这些区域的循环飞行器,在往返途中能有很长的时间窗口与眾多天体实现交会,而且不同周期的循环飞行器均可在此类区域运行(以小行星带为例,小行星的公转周期从 3 年到 6 年不等)。
奥尔德林还提出了一种改进方案 —— 半循环飞行器,作为弹道式或有动力循环飞行器的替代方案。这种飞行器从地球出发抵达火星后,会进入火星轨道,在此期间充当太空作业基地,之后再启程返回地球。这种方案会消耗大量燃料,但能减轻穿梭机自身的燃料负荷;此外,一些擬议中的引力辅助机动技术,可將燃料需求降低 15%。
与我们设想的、能在弹道轨道上运行数百年並多次停靠的大型循环飞行器相比,半循环飞行器的质量可能要小得多,更类似於其他类型的火星任务构想 —— 即飞行器前往火星后停留在轨道上,船员乘坐穿梭机或著陆器前往火星表面探索,完成任务后再返回轨道飞行器。
正如前文所述,循环飞行器的设计可適用於其他行星,尤其適合水星:水星的会合周期短得多,而且在水星轨道附近有充足的阳光可供利用(尤其是对於太阳能帆板而言),因此更容易实现有动力轨道运行。通常来说,前往水星的航行速度更快,航行时间也更短,或许能比其他行星的循环飞行器更早投入使用。
此外,月球也可以作为循环飞行器的目的地。近十年前,巴兹?奥尔德林和安东尼?热內瓦在一篇题为《用於星际巡航飞船的月球自由返回循环轨道》的论文中,探討了这一构想。这篇论文提醒我们,循环飞行器的应用不仅限於围绕同一恆星运行的行星之间,或围绕同一行星运行的卫星之间 —— 经过適当改造,循环飞行器也可用於行星与其卫星之间,甚至拉格朗日点之间的航行。
需要说明的是,多年来有许多人都在致力於循环飞行器的研究,其中包括巴兹的儿子。在缅怀巴兹贡献的同时,我们不应忽视其他人的付出;也不应认为循环飞行器的应用仅限於地球与火星,甚至地球与月球之间 —— 例如,地球与太阳 - 地球拉格朗日 l1 点之间的循环飞行器可能会非常实用。我们经常设想在 l1 点建立大型轨道基础设施,尤其是在其他行星上:例如,为了帮助行星实现地球化改造,我们可能会在目標行星的 l1 点部署太阳遮光板、透镜或磁体,以冷却金星这样的行星,或加热火星这样的行星;也可能为火星建立人工磁层,以帮助其保留我们可能为其补充的大气层。
在银河系中,几乎適宜居住的行星数量可能远多於完全適宜居住的行星。对於这类行星,我们很可能需要在其 l1 点建立完善的基础设施,以帮助其实现宜居化改
