Эллипс Гомана — это частный случай более общего понятия, известного как «орбита соединения». Древние астрологи со своим геоцентрическим восприятием мира полагали, будто Марс находится в «противостоянии» с Солнцем, когда эти два тела располагаются по разные стороны Земли, и что Марс в «соединении» с Солнцем, когда оба они располагаются с одной стороны. Последнее бывает, когда Марс находится за Солнцем (если наблюдать за ним с Земли), и это же пункт назначения Марса на его орбите в момент начала перелета с Земли по траектории Гомана. Космические инженеры XX века из лаборатории реактивного движения НАСА, очевидно, глубоко погрузились в астрологические бредни и назвали траекторию Гомана и ей подобные «орбитами соединения». С тех пор это название к ним и прилипло.
Ясно, что эллипс Гомана не единственная орбита соединения. Если залить в бак побольше топлива, то эллипс можно увеличить таким образом, что афелий окажется за орбитой Марса. В таком случае траектория перелета не будет касаться орбиты Марса, а пересечет ее в двух точках: при выходе за ее границы и при возвращении в них. Например, если вы покинете Землю в положении «6 часов» относительно Солнца, то сможете достичь Марса в положении не «12 часов», а «1 час» или «11 часов». Если, с вашей точки зрения, планеты и корабль движутся против часовой стрелки, то путь от положения «6 часов» к положению «1 час» окажется короче, чем полуэллипс Гомана, а от положения «6 часов», пересекая орбиту Марса и затем возвращаясь к ней в положении «11 часов», — длиннее. Оба эти маршрута до сих пор называют орбитами соединения. Но первый, более быстрый, маршрут известен как орбита соединения 1 типа, а второй — 2 типа.
В сравнении с траекторией Гомана, орбита соединения 1 типа имеет один недостаток: для нее требуется больше топлива. Но она же дает и преимущество в виде более короткого путешествия: скажем, 6 месяцев в один конец вместо 8,5. Таким образом, она является предпочтительным вариантом для межпланетного перелета. Орбита соединения 2 типа также требует больше горючего, чем перелет Гомана, но к тому же еще и увеличивает время путешествия до 11 месяцев.
То есть вот вам подсказка: если не хватает денег, выбирайте эллипс Гомана. Это самый дешевый вариант полета. Если же у вас есть лишние пиастры или вы работаете на того, у кого они есть, выбирайте 1 тип. Но не позволяйте себе даже думать о 2 типе, иначе придется заплатить бо́льшие деньги за более длинный перелет. Иногда корабли летают по орбите 2 типа, поскольку этого требует их стартовое расписание, но вам ее следует избегать.
Это возвращает нас к вопросу о паромах. Давным-давно в чьем-то мозгу родилась светлая идея о целесообразности запуска на постоянную орбиту между Марсом и Землей одного или нескольких больших межпланетных паромов. Единожды стартовавшие, эти огромные обитаемые отсеки не нужно будет запускать снова и снова. Тогда люди смогут путешествовать, просто добравшись до них в маленькой и быстрой капсуле «такси», выстреливающей с Земли или с Марса в то время, когда паром пролетает рядом. Помимо риска пропустить момент встречи (у вас есть только одна попытка), идея звучит неплохо, но содержит и некоторые шероховатости. Например, перелет Гомана в один конец занимает 8,5 месяца; то есть полет туда и обратно — 17 месяцев. Это время нельзя синхронизировать с 12‑месячным орбитальным периодом Земли. Таким образом, если бы корабль стартовал с Земли по эллипсу Гомана и вернулся по нему же, то он бы просто не застал Землю на том же месте. Поэтому космические паромы по эллипсу Гомана не летают. Чтобы вернуться к Земле через 24 месяца после старта и, таким образом, снова встретиться с родной планетой, паром мог бы использовать высокоэнергетическую орбиту, выходящую далеко за орбиту Марса. Но при этом план полета между Землей и Марсом включал бы в себя как короткий отрезок 1 типа, так и длинный 2 типа. Каждый из них может входить как в маршрут отлета, так и в маршрут возвращения, но в результате пассажиры, летящие либо туда, либо обратно, застрянут на тихом ходу. Более того, если станция с двухгодичным периодом обращения будет каждый раз встречаться с Землей, она окажется несинхронизированной с орбитой Марса, период которого составляет 23 месяца. Итак, чтобы такая транспортная система работала эффективно, нужно несколько паромов, каждый из которых подходит к Земле в разные моменты времени и используется для выполнения рейса Земля — Марс один раз в шесть-семь лет.
Поскольку все орбиты требуют большего реактивного импульса, чем перелет Гомана, дополнительное ускорение для выхода на среднеэнергетическую орбиту соединения 1 типа (или 2 типа) выглядит относительно скромно (если вы не пытаетесь покрыть путь в один конец менее чем за пять-шесть месяцев). Если же вы действительно хотите попасть на Марс как можно быстрее (допустим, за три и менее месяца), то нужно использовать высокоэнергетические орбиты. Но это отнюдь не практичный выбор для космического корабля, располагающего химическими (со скоростью истечения реактивной струи около 4,5 км/с) или даже термоядерными (со скоростью истечения 9 км/с) двигателями. Вместо них требуются более современные системы — например, ядерно-электрический ионный привод (скорость истечения 50 км/с и более). Проблема с этими ультравысокоэнергетическими орбитами состоит в том, что максимальная скорость на них выше скорости освобождения из Солнечной системы! То есть, если этот привод выйдет из строя после ускорения, но до торможения, то судно окажется на пути в бесконечность с билетом в один конец.