2003年6月、7月間先後發射的火星快車、勇氣號和機遇號三個火星探測器，已分別于去年12月和今年1月、2月陸續到達火星，開始陸續發回火星照片，地球人的火星熱再度回升。
　　許多報刊和雜志在報道這一消息時往往稱，由于去年火星出現幾萬年一遇的大沖，火星地球之間的距離非常近，所以歐、美選擇在大沖時發射火星探測器，使飛往火星的路程最短。這種說法流傳甚廣，實際上是錯誤的，以訛傳訛。為了給公眾以正確的航天知識，本刊特請專家對報道中出現的問題作一一解釋。
　　
　　距離越近並非路程越短
　　
　　火星沖日時，太陽、地球與火星在一直線上，此時火星距離地球最近，只有6000∼8000萬千米，2003年近達5600萬千米，對觀測火星來說，這的確是千載難逢的好機會。也許你認為，這時如果從地球上正對火星發射一個探測器，沿地球火星兩點之間的直線飛行，不是旅程最短嗎？答案是“不可能”。
　　
　　由于太陽引力作用，探測器不可能正對火星方向飛行。盡管探測器起始速度可以超過第二宇宙速度（11.2千米/秒），但探測器脫離地球引力以後，並不朝著火星飛去，而是以地球給予它的29.8千米/秒的速度，加上本身的剩余速度，像地球一樣，在太陽引力作用下，沿以太陽為焦點的橢圓軌道飛行；由于火星不是靜止的，而是不停地沿著自己繞太陽的軌道運行，即使探測器能正對火星飛行，它也不可能遇上火星。
　　火星探測器的軌道一般情況下都是以太陽為焦點的橢圓軌道。飛行的路程長短取決于起始速度。起始速度越大，走的橢圓軌道的半長軸越長，到達火星軌道前飛行路程越短。（請參見表1）。
　　飛行路線Ⅰ要求的起始速度最小，是最省能量的軌道，但路線較長，探測器從與地球軌道相切的近日點出發，走完半個橢圓，到軌道遠日點與火星軌道相切（參見圖1）。所以飛行路線Ⅰ又稱雙切軌道。當起始速度增加到16.57千米/秒時，火星探測器將沿以太陽為焦點的拋物線軌道（飛行路線Ⅴ）飛向火星軌道，時間縮短到只有70天，但探測器的能量需要增加一倍。所以說，飛行路線的長短，也就是飛行時間的長短只取決于起始速度，與火星是否沖日無關。
　　迄今為止，火星探測所用的軌道基本上在路線Ⅰ和 Ⅱ之間，飛行時間大都在180天∼240天之間。
　　
　　火星探測器不能隨時發射
　　
　　表1告訴我們，只要達到一定的起始速度，探測器就能或長或短在預定時間內到達火星軌道，而不是到達火星。由于火星是在軌道上按自己的規律運行著，為了使探測器在到達火星軌道時，火星也正好運行到同一點與之相會，否則，豈不是白跑一趟。這就要求探測器從地球上出發時，火星與地球之間有一個特定的相對位置，這一相對位置對應的時間就叫發射窗口。由于探測器走得快，火星走得慢，所以探測器從地球發射時，火星應在地球前方某一個位置。
　　對于最省能量的雙切軌道而言，發射時，火星應在地球前方42°（用太陽－火星連線與太陽－地球連線所成的日心角表示）。這個角稱為“前置角α”（參見圖2）。當前置角α=0時，就是火星沖日。已知火星繞太陽公轉的周期是687天，地球公轉的周期是365天，根據公式︰（地球公轉周期×火星公轉周期）/（火星公轉周期－地球公轉周期），可以算出地球與火星的會合周期是780天，即26個月，天文學上的所謂“會合周期”是指火星前後兩次沖日（α=0）相隔的時間。
　　
　　實際上,對于任一個特定的火星與地球的相對位置(即任一特定的前置角)，都存在一個會合周期，也就是每隔26個月出現一次。例如，雙切軌道的發射窗口要求前置角為42°，如果錯過這個位置，下次再出現42°就要等到26個月以後，實際發射時允許的前置角可以有±5°的變化，也就是發射窗口是一小段時間，前後大約20天。所以火星探測器隨時發射的想法是不對的。
　　
　　發射窗口與火星沖日無關
　　
　　從上面分析，我們看到火星探測器的發射窗口有二個特點︰一、它與火星沖日具有同樣的重復周期26個月；二、發射窗口與火星沖日的日子相距很近。但發射窗口的選擇與火星沖日是兩個“獨立事件”，相互之間沒有關系。打個比方說，某甲每星期日上午要去听課，在公共汽車站等車。某明星也是每星期日上午要去演出，她也在同一時間在同一車站等車。我們能說某甲是為了一睹明星的風采才在車站等車的嗎？
　　火星探測器一般選擇在前置角α=20°∼40°之間，即地球位于火星後方20°∼40°的某一值；地球在軌道走得比火星快，所以α從20°∼40°縮小為0°，大約僅需60天∼90天，即2個月∼3個月。例如，2003年3個火星探測器的發射時間分別為6月2日、6月10日和7月7日，與8月29日火星沖日相隔分別為78天，70天和53天。由于發射窗口與火星沖日的時間總是相距很近，使人們誤以為，為了縮短旅程而必須在火星沖日時（或附近）發射探測器。