地球就是一座“監獄”，人類如何才能成功“越獄”到達火星？

從某種意義上講，我們人類就是地球上的囚犯。宇宙向我們展示了浩瀚的星空，卻嘲笑我們無法企及。但是，如果人類想要在未來繼續發展，我們必須要越獄！但我們最初是因爲什麼被困在這裡的呢？原來宇宙是我們的債主，我們欠了45億年的債！

宇宙中一切有質量的東西都會相互吸引，我們稱其爲引力。離質量大的物體越近，引力就越大。正因爲如此，我們被困在了地球上，我們可以把這個看作是被困在重力監獄或引力井中，當然不是真正的井，只是方便理解。

成爲重力監獄的囚犯意味着你欠下了重力勢能，但爲什麼你會欠下能量呢？

因爲在宇宙中，所有物體都不願改變速度或方向，如果要它們移動，就需要消耗能量。數十億年前，無數繞太陽公轉的塵埃顆粒在引力的作用下，聚集在一起成爲一個星球，這個過程消耗了能量，形成現在我們所處的重力井。

在重力井中的位置越深，欠下的能量就越多。如果無法獲取足夠的能量，無論如何都無法離開那裡，因爲組成你的原子曾是塵埃的一部分，宇宙曾爲這些塵埃消耗過能量。

總的來說，宇宙中的物體不喜歡移動，必須要消耗能量才能使它們移動，引力消耗能量使塵埃聚集到一起成爲地球，這個過程中形成的重力監獄把我們困在其中，要逃離引力井，就需要償還能量。

那麼我們應該怎麼做呢？

爲了進入太空，我們需要經歷複雜的能量交換過程，爲此我們製造了負能量償還機器，這個機器有個無聊的名字：火箭。

運行火箭使用的是人類所知的一些最活躍的化學反應，讓燃料在可控的情況下爆炸，將化學能轉化爲動能，反應產生的廢氣向外排放，將火箭推離地球。通過大量能量的消耗，增加了我們的重力勢能，簡單來說，即我們正在向引力償還欠下的能量！

但現實比這複雜的多。在爲了進入軌道而燃燒燃料時，熱量，廢氣和大氣阻力上消耗了大量能量，因此實際上需要更多能量，同時不能直接把大量易爆的危險燃料放在火箭艙內並引爆，而是需要有效控制燃料的燃燒，這非常複雜，而且會使火箭變重，也就是說火箭的質量更大，而物體質量越大，運動所需的能量就越多，也就需要更多的燃料來發射火箭，而更多的燃料需要更大的空間，於是需要更多火箭，從而陷入死循環！最後，發射火箭所需燃料的質量會比火箭荷載量高接近一百倍。

比如，阿麗亞娜6型火箭，歐洲火箭，重800噸，理論上能帶十噸荷載進入地球同步轉移軌道，或者帶20噸荷載進入中地球軌道。但一枚火箭產生的推力有限，因此，若荷載重量超過上限，火箭就無法發射，所以不能無限制地增加燃料。

這就是火箭方程式的苛刻之處，這也意味着，太空飛行很困難。更糟糕的是，進入了太空還不夠，你還是被困在太空邊緣的重力監獄中，會墜回到地球。

留在太空比去往太空難得多，爲了達到穩定位置停留一段時間，火箭需要達到近地軌道，這需要大量動能，即非常快的飛行速度。在十萬米高空，每秒速度達8千米，每小時2.8萬千米，可以在90分鐘內繞地球一圈。

當然我們可以耍點小把戲，斜着飛而不是直接向上飛。

我們都知道，地球是一個球體，所以如果向側面飛的速度足夠快，即使向地球方向墜落，離地面也還很遠。所以只要在大氣層之上大約十萬米高，就能夠留在軌道中。

國際空間站就是這麼做的，在向地球側面墜落的過程中，不時使用能量保持一定的速度如果我們按比例觀察軌道，我們可以看到近地軌道離地球非常近。

部署衛星，或者去往別的星球，需要新一輪的能量債務償還。進入軌道是目前太空飛行最艱難的一步。例如，如果我們想要向火星發射火箭，僅僅進入軌道就需要消耗一半能量，另一半能量用來完成到火星5500萬公里的飛行距離。

因此，爲了儘可能提高效率，我們建造的不是整體式火箭，而是多級火箭，燃料罐耗盡後會被拋棄。隨着火箭的上升，火箭與助推器和主體部分分離，確保每一個階段火箭都處於滿倉狀態，使用各階段專屬的引擎和燃料！

這就是爲什麼去往太空很困難。如果你覺得這些看起來都十分複雜，不用擔心，這本來就很難理解，也不是常人能夠理解完成的事情，也能夠進一步解釋，美國計劃載人登錄火星這麼長時間以來，遲遲沒能開始行動，資金或許不是最主要的，逃離地球的引力井，然後是5500萬公里的漫長旅行（需要大約半年時間），進入火星軌道，登陸火星，然後逃離火星的引力井，再次經歷5500萬公里的旅途，進入地球軌道，返回地球，期間任何一個環節出現問題都將是致命的！