嫦娥一号卫星副总设计师孙泽洲曾经解释过这个问题,这种轨道有两个优点,一个是调相,第二个是节约燃料。实际上节约能量是主要的,调相的本质也是节约能量。
直飞消耗的燃料比多次变轨要多几倍,这是一方面。另一方面,月球探测器同时受到地球和月球的引力影响,轨道十分复杂,不能套用简单的公式直接计算出来,通常都是用计算机一个点一个点的计算出来的。
这样的轨道,一次性进入是很困难的,如果入轨有偏差,就必须在途中进行变轨调整,这样消耗的燃料更大。
多次变轨调相,其实就是多瞄准几次,逐次逼近最佳轨道,这样最后一次就能“打”得很准。由于每次变轨之后,卫星还在地球轨道上,因此变轨消耗的能量实际上没有损失,而是变成了卫星的动能。但是在奔月途中的变轨的能量则是纯粹的消耗掉的,因此,在绕地轨道上变轨比在奔月轨道上变轨合算。
美国的阿波罗登月是一次性入轨的,因为登月飞船上面有人,不能长时间的呆在太空,因此他们不惜消耗大量燃料,选择了时间最短的方法。
VoyagerII网友的说法不完全正确。单纯的绕圈不能起到加速作用。
目前宇宙探测器经常利用“引力弹射”,实际上是这样进行的:探测器从行星轨道内侧向行星靠近,以双曲线轨道从行星的内侧后方切入行星的引力范围,然后在行星的引力作用下转到行星的外侧前方。由于探测器的速度大于行星的逃逸速度,因此会从行星的外前方脱离行星。整个过程中探测器并没有进入行星环绕轨道,始终它的速度大于行星的逃逸速度,引力弹射作用得到的能量来自于行星公转的动能损失。
饶圈是为了借助离心力加速,从而可以大大节省燃料。任何一个国家的探测器,不论是飞向哪里的,都是用这种轨道发射的,美国的探测太阳系外层空间的探测器都要先飞向木星或者土星,然后借助饶其飞行时的离心力加速。
加速超过第一宇宙速度7.9km/s
主要是飞船在大气层的飞行受影响太多,很难精确计算,而直飞月球要走细长的椭圆轨道,这就要求轨道计算十分精确,这是不现实的,几乎没有飞到的可能。而如果多绕几圈,就可以根据实际情况,选择最佳时机出发,还可以先检查飞行状态。
节约燃料也是一个原因,但不主要,当飞船转到正对着月球的方向时,便可借助绕地球运动的速度加速冲出地球引力。
还有很重要的原因,如果直飞,到月球时减速很困难,如果不减速飞船会又飞回地球,这就没意思了。
嫦娥一号为什么要不断绕圈?这就好比汽车要爬上山,为什么不直接爬上去,而要在山间不断绕圈?人们爬楼梯也是这样,为什么不一口气爬上楼顶,而要在不同楼层间反复转折?
嫦娥一号奔月的道理也是这样的,绕圈是一种最省力、最节省能量的方式。它在绕圈过程中逐渐加速,就像铁饼运动员手中的铁饼一样,当速度达到最大时,铁饼出手时飞行距离才会最远。
如果嫦娥一号像子弹直飞出去,直飞月球的话,必须要有极其充沛的能量,要有极高的速度才行,即使技术上能做到,卫星星体和里面的设备也受不了。