2021年春节注定是一个热闹的“火星年”：年二十九，阿联酋“希望号”轨道器率先抵达火星；除夕，中国“天问一号”也将被火星引力捕获；而在大年初六前后，美国“恒心号”也将到达火星。
谁的速度更快？看起来都差不多。考虑到“希望号”比“天问一号”早出发4天，因此中国比阿联酋要更快一点；“恒心”晚出发一周也晚到一星期，速度与中国火星探测器相当。考虑到200天出头的时间里大家都飞行了4.7亿多公里，速度差距基本上都可以忽略不计了。
阿联酋贴牌的“希望”率先抵达火星
作为海湾国家第一个火星探测器，“希望号”其实是美国制造、阿联酋出钱并贴牌、日本火箭发射、再由美国NASA深空网络遥测遥控的“国际合作”产品。因此我们可以说2021年火星探测依然是中美两国在太空科学领域的实力展示。
火星探测为什么扎堆？
2020年7月中旬是火星探测的发射窗口期，原计划有四个探测器扎堆发射前往火星，由于疫情原因只有三颗升空，欧洲需要等待两年之后的下一个窗口到来。
尽管理论上在任何时候我们都能向火星发射探测器，也可以飞得更快、耗时更短。但航天发射其实是一门科学，需要遵循科学规律，不能蛮干。
探测器发射窗口与地火距离相关
地球与火星围绕太阳公转周期不同，地球的一年是365天，火星则是687个地球日，每两年零两个月（780天）二者才会靠近一次，由于飞行的距离更短，火星探测器通常会选择在这时发射。
探测器发射窗口要经过严格计算
航天发射非常昂贵，所有国家都会尽量选择合适的火箭，既不能小马拉大车，也决不让火箭运载能力有一公斤的浪费。在这个前提下所有科学家都会达成“默契”，那就是充分运用牛顿定律计算速度并确定轨道，这也是大家扎堆发射也前后脚到达的原因。
天问一号的速度有多快？
这个问题其实并没有固定答案，因为速度随时在变，并且你观察的位置（参考系）不同，得到的答案也不一样。
我们向天空扔石头，它会很快掉下来，这很容易理解：因为石头与地球相互吸引，万有引力将它往下拉。要想石头不掉下来，我们需要让它飞得更快，当石头向前的飞行速度达到7.9千米/秒时，它就能一直绕着地球飞。你说得没错，它就是“第一宇宙速度”。
卫星通常以第一宇宙速度运行
以第一宇宙速度飞行的卫星尽管不会掉回地球，但它也飞不远。要想摆脱地球引力，它需要飞得更快，当飞船的速度超过11.2千米/秒时，就能飞到其它星球，这就是我们常说的“第二宇宙速度”。几乎所有的火星探测器都是以第二宇宙速度离开地球的。
当你跳出地球、站在太阳系的角度看天问一号，它的速度就不是11.2千米/秒而是更快。这是因为当它从地球出发时，地球还另外赋予了它30千米/秒的速度，这是地球绕太阳运行的轨道速度。天问一号探测器正是以这两个速度的合速度飞行的。
天问一号的飞行速度是“合速度”
天问一号在飞行的过程中会受到太阳引力拖曳，它会飞得越来越慢；但相对于地球来说后半段却是越来越快，这是因为地球本身也在运动，它是以一个弧线轨迹离开天问一号的。地球与火星最近的距离约5500万千米，当天问一号接近火星时，地球已经运行到4.7亿千米之远了。
地球、火星与天问一号相对运动位置关系
火星探测器需要“踩刹车”
火星与地球相距遥远，我们向火星发射航天器时，顶多也就瞄个8环9环，想在飞行几亿公里之后还能准确命中目标，航天器需要在途中进行多次轨道修正。包括天问一号在内的所有火星探测器都携带许多燃料，这些燃料一小部分用于中途轨道修正，另外一多半则用于进入火星轨道时“踩刹车”。
尽管有太阳引力帮忙减速，天问一号在到达火星时依然保持着非常高的合速度，它会飞得比火星快。火星的平均轨道速度大约是24千米/秒、逃逸速度约5千米/秒，而我们知道天问一号的合速度超过30千米/秒，因此它必须在接近火星的时候减速，否则就会飞走了。
天问一号插入火星轨道过程
天问一号沿着地火转移轨道追逐并从后方超越火星，当探测器贴近火星飞行时，由于受到火星引力影响，天问一号的飞行轨迹会产生弯曲。这个时候如果不减速，探测器就会被火星引力拖拽着沿一条双曲线轨道加速飞走，这就是我们常说的“引力弹弓”。
为了环绕火星飞行，天问一号要让其轨道器上的3000N发动机朝向前方全力喷射14分钟，从而将速度降下来。这时候探测器组合体与火星相对速度略高于5千米/秒，从而进入近火点400千米、远火点18万千米的捕获轨道。再经过一系列复杂的轨道调整动作之后，天问一号就可以在“最终科学轨道”上绕火星飞行了。
天问一号正在接近火星
无论到得早晚，所有探测器接近火星时的速度和动作都是一致的，因为这符合牛顿定律。大家的不同之处在于怎么去“踩这一脚刹车”把速度降下来，速度快了会一去不返，慢了就会低于火星的逃逸速度，最终坠毁在火星上。
美国为阿联酋制造的“希望号”和美国自己的“恒心号”都需要进行长达半个小时的减速，这是因为星上没有安装大推力的反推发动机，它们是依靠几台小推力发动机一齐长时间喷射来实施减速的。一个主要原因是美国不需要轨道器、阿联酋不需要在火星降落。
美国探测器反推机构非常简单
反观天问一号，它的轨道器上不仅装了一台3000N的大推力发动机，可以快速“刹车”。它还配了8台120N发动机和12台25N发动机作为冗余，妥妥的“火力不足恐惧症”！究其原因，一个是可调整余地大，其二就是初次上火星心里没底，发动机更多更强，保险系数也更大。
大家各有千秋。
