#1097 2013 · Indian Space Research Organisation (ISRO) · Aerospace / government space program
ISRO 用一枚推力不够的火星火箭，先绕地球七圈，最终抵达火星
问题
印度想去火星，但没有任何火箭具备行星际飞行通常所需的那一次大推力点火。
背景
飞往火星，要把探测器加速到逃逸速度，并送进精确的行星际轨道，这通常由重型火箭上一次强劲的上面级点火完成——NASA 有这样的火箭，而印度在 2010 年代初没有。ISRO 的主力运载火箭是极地卫星运载火箭（PSLV），它验证过的用途是较低能量的活：把卫星送上地球轨道，而不是一次把探测器甩出行星际空间。按常规办法，建造或购买一枚更强劲的火箭去干这件事，要花好几年，所需资金也远超印度的航天预算。
面对推力不足的运载火箭，惯常答案是换更大的火箭——更多级、更大推力、更多推进剂，这也是各大成熟航天机构普遍选择的重资本路线。ISRO 的工程师反而把 PSLV 单次点火推力不足当作既定事实，转而追问：所需的总能量，能不能不分一次给足，而是分期交付——用时间来换印度所没有的火箭推力。
换别人会怎么做
常规剧本里现成的选项是更大的火箭——更多级、更大推力、更多推进剂，无论建造还是购置，代价都远超印度航天项目为一颗首次火星任务所能承担的范围。
他们看到了什么
物理学只在意总积累速度，而不在乎它由几次点火拼成。七次较小的点火，每一次都把轨道抬得更高，加起来的效果，与印度没有的那枚火箭一次大点火所能提供的相当。
那一手
火星轨道探测器任务于 2013 年 11 月 5 日用一枚常规 PSLV 发射，并没有试图一次点火脱离地球轨道。探测器用了将近一个月绕地球六圈，每次都在同一位置短暂点火，逐次抬高远地点，每一圈都多积攒一点这枚推力不足的火箭一次给不了的动能——直到第七次、也就是最后一次点火攒足了脱离地球引力的速度，才沿一条漫长的霍曼转移轨道滑向火星。
为什么管用
轨道力学允许能量无损地逐次累加，因此在每圈的最佳点（近地点）反复做小点火，累积速度的效果与一次大点火完全一样——代价只是时间，因为用这种方式攒逃逸速度要花几周而非几分钟。而这个代价印度付得起：时间表的弹性很便宜，重型火箭则不便宜。
值了多少
任务耗资约 7400 万美元，只有同期 NASA 火星大气与挥发物演化探测器（MAVEN）的十分之一，而且首次尝试就进入火星轨道。
什么时候会失灵
这套办法只在任务时间表留有富余、可以拿时间换推力时才成立——时间敏感的载荷、有生命保障上限的载人任务，或需要特定快速到达窗口的任务，都等不起长达数周的抬轨阶段。它还要求极精确的导航与计时，因为每一次累加点火都会放大前面任何一次轨迹上的误差。
后来呢
曼加里安号让印度成为史上第四家抵达火星的航天机构，也是首次尝试就成功的头一家；它确立的 ISRO 低成本任务设计路线，后来被沿用到后续任务上，新兴航天项目也把它当作「轨道力学可以替代火箭推力」的例证来研究。
资料来源
- [1]India blasts off in race to Mars with low-cost space missionNBC News, 2013nbcnews.com
- [2]India's Mars orbiter cost less than the movie Gravity and reached its destination on the first attemptSpaceDaily, 2014spacedaily.com