《火星救援》是2015年下半年上映的一部科幻大片。影片描述主人公马克·沃特尼在执行火星登陆任务时，意外遇到剧烈沙尘暴，滞留火星，而同船的其他宇航员都以为他已经牺牲，无奈之下只能驾驶“赫尔墨斯”太空船返回地球。马克奇迹般地在火星生存下来，却无法与地球取得联系。一张卫星照片显示火星上出现了异常的现象，美国国家航空和航天局这才察觉到马克还活着，由此展开了营救行动。救援行动必须与时间赛跑，因为火星上可使用的生存资源很快就会被耗尽。

在电影中，当马克被发现时，距离彻底断粮还有400多天，而地球到火星只需要9个月，为何如此时间还是十分紧迫?这个问题让我们关注人类在太阳系中旅行的经济和效率，包括路线的设计、时机的掌握、动力的分配，等等。

发射窗口

我们先来看看过去20年里一些火星探测器的发射时间。

火星“探路者”号探测器：1996年12月4日

火星“希望”号探测器：1998年7月3日

火星气候轨道器：1998年12月11日

火星“极地登陆者”号探测器：1999年1月3日

火星“奥德赛”号探测器：2001年4月7日

火星“快车”号探测器：2003年6月2日

火星“勇气”号探测器：2003年6月10日

火星“机遇”号探测器：2003年7月7日

火星勘测轨道飞行器：2005年8月12日

火星“凤凰”号探测器：2007年8月4日

发现里面有什么规律?除去非常临近的几次发射，大概的间隔是两年多一点。这是什么原因呢?

地球的公转周期是365天，火星的公转周期是687天，二者会合周期是779.9天，就是说每隔两年零一个月，地球、火星和太阳会在一条直线上，并在太阳的同一侧。按照牛顿力学原理，此时发射探测器到火星，轨道是最短的。所以，要发射探测器到火星，每隔两年零一个月才有发射窗口。所谓发射窗口，是指适合发射的时机。如果未能在此窗口发射，则必须等待下一次的发射窗口。而计划中的几次火星发射将是：2016年1~4月，外火星跟踪气体轨道器(ExoMars TGO);2018年5月或2020年8月，外火星探测车(ExoMars rover);2020年7~9月，火星2020探测车(Mars2020)。

如果一次发射任务要求探测器访问几颗行星，那么发射窗口就会更复杂，例如“旅行者”2号利用175年一次的行星连线探访木星、土星、天王星和海王星。