若在合適的時間從地球發射第一艘迴圈飛行器，5 個月後可抵達火星；大約在第 21 個月時，它會再次穿過火星軌道，但此時它並不會靠近火星 —— 實際上，此時它離地球更近；第 26 個月時，它會返回地球軌道；第 31 個月時，纔會再次回到火星附近。我們或許可以考慮在迴圈軌道上採用有動力的低推力軌道，以改變這種執行模式，稍後我們會詳細探討這一點。不過，更簡單的方法是再部署一艘迴圈飛行器，專門負責從火星快速返回地球的航線。
通常我們所說的火星 26 個月發射視窗，其核心原理與上述迴圈週期概念一致，隻是具體時間安排有所不同。常規情況下，從地球發射後約 9 個月才能抵達火星，著陸後需等待火星到地球的發射視窗開啟（這一視窗遵循另一個 26 個月週期）才能返回。例如，若在 2024 年 9 月 26 日從地球發射，預計 2025 年 6 月 11 日抵達火星；但令人困擾的是，火星到地球的返回視窗在 2024 年 7 月 20 日就已開啟 —— 這甚至在我們從地球出發之前，若此時從火星返回，預計 2025 年 4 月 5 日就能抵達地球。下一個火星到地球的返回視窗則要等到 2026 年 11 月 11 日，返回地球的時間為 2027 年 5 月 24 日。這意味著，船員需要在火星表麵等待一年半的時間，才能等到返回視窗 —— 整個航行週期長達 971 天（32 個月），這還未計入從地球出發前的準備時間（為避免因惡劣天氣錯過發射視窗，以及抵達合適位置進入轉移軌道，通常需要提前幾天從地球發射）。而第二艘迴圈飛行器的部署，則能幫助我們縮短等待視窗的時間。
現在，情況會出現一些變化：迴圈飛行器的軌道週期不必恰好等於一個會合週期 —— 我們並非計劃一直乘坐它繞軌道執行，而隻是利用它完成從一顆行星到另一顆行星的短途航行。因此，通過部署多艘迴圈飛行器，並讓它們執行在不同週期（例如兩個或三個會合週期）的軌道上，我們就能獲得更頻繁的發射視窗。我們還設想過捕獲一些軌道與迴圈軌道偏差不大的小行星，將其推入迴圈軌道，然後對其進行挖掘，利用其物質作為防護層和原材料。需要說明的是，地球 - 火星迴圈飛行器的軌道可以設定為靠近甚至穿過小行星帶，因此它也可用於執行小行星帶的探測任務。
這就引出了對有動力迴圈飛行器的討論：雖然迴圈飛行器的一大優勢是無需持續消耗燃料，但如果飛行器本身已配備核反應堆，那麼正如我們之前提到的，就可以利用多餘的能量驅動離子推進器，並且隻需偶爾補充新的推進劑即可。與化學火箭相比，離子推進器消耗的推進劑質量要少得多，隻是推進過程非常緩慢 —— 但迴圈飛行器（尤其是執行在多個會合週期軌道上，或前往小行星帶以外更遠天體的迴圈飛行器）有充足的時間。需要注意的是，在靠近太陽的軌道段，太陽能驅動的迴圈飛行器也可以實現這一功能，但這類軌道段的長度較短。因此，在這一領域，核動力（無論是核裂變還是核聚變 —— 如果能實現的話）通常是最佳選擇，不過通過雷射或微波傳輸能量也是一種可行方案，太陽能帆板或磁帆同樣具有很大的應用潛力。
幾年前，伊桑・麥克唐納研究過一種有動力版本的迴圈飛行器，假設採用上述低推力推進方式。他計算出一個可能的飛行視窗：2022 年 2 月 23 日從地球出發，一年多後（2023 年 3 月 7 日）抵達火星，僅一個月後（2023 年 4 月 6 日）就從火星啟程返回地球，最終在 2024 年 5 月 20 日回到地球。這種方案在火星停留的時間很短，但非常適合船員輪換任務：新船員乘坐穿梭機在一個月內抵達火星表麵，與駐火星團隊交接物資、幫助新成員適應正在開展的專案，隨後便可搭乘飛行器返回地球。
這種有動力航線還有一個優勢：抵達火星時，飛行器相對於火星的速度僅為 5 千米 / 秒；而常規的無動力（彈道式）迴圈飛行器，從地球抵達火星時的相對速度為 11 千米 / 秒，從火星返回地球時的相對速度為 6 千米 / 秒。這意味著，往返於行星與迴圈飛行器之間的穿梭機，無需消耗大量燃料就能完成軌道轉移。
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無論是有動力還是無動力版本的迴圈飛行器，在軌道上部署多艘（通常是兩艘）時效率最高。不過，我們也可以在任意迴圈軌道上部署一對互補的迴圈飛行器。瑞安・拉塞爾和塞薩爾・安帕發現了 24 種地球 - 火星迴圈飛行器，其軌道週期為 2 至 4 個會合週期；若週期為更多會合週期，這類迴圈飛行器的數量會更多；此外，還有數百種非彈道式迴圈飛行器 —— 這類飛行器需要進行一些有動力的軌道機動。
由於這些迴圈飛行器通常是為特定方向的航行設計的（要麼從地球到火星，要麼從火星到地球），我們通常將前者稱為 「上行扶梯」，將後者稱為 「下行扶梯」。不過，前往金星或水星的迴圈飛行器是個例外 —— 由於太陽位於太陽係的 「底部」，從地球前往這些更靠近太陽的行星，被視為 「向下」 航行；而柯伊伯帶甚至奧爾特雲則被視為太陽係的 「頂部」。另一個例外是往返於小行星帶、柯伊伯帶或奧爾特雲的迴圈飛行器 —— 這些區域並非單一的點，而是廣闊的盤狀、環狀甚至球狀區域。因此，穿過這些區域的迴圈飛行器，在往返途中能有很長的時間視窗與眾多天體實現交會，而且不同週期的迴圈飛行器均可在此類區域執行（以小行星帶為例，小行星的公轉週期從 3 年到 6 年不等）。
奧爾德林還提出了一種改進方案 —— 半迴圈飛行器，作為彈道式或有動力迴圈飛行器的替代方案。這種飛行器從地球出發抵達火星後，會進入火星軌道，在此期間充當太空作業基地，之後再啟程返回地球。這種方案會消耗大量燃料，但能減輕穿梭機自身的燃料負荷；此外，一些擬議中的引力輔助機動技術，可將燃料需求降低 15%。
與我們設想的、能在彈道軌道上執行數百年並多次停靠的大型迴圈飛行器相比，半迴圈飛行器的質量可能要小得多，更類似於其他型別的火星任務構想 —— 即飛行器前往火星後停留在軌道上，船員乘坐穿梭機或著陸器前往火星表麵探索，完成任務後再返回軌道飛行器。
正如前文所述，迴圈飛行器的設計可適用於其他行星，尤其適合水星：水星的會合週期短得多，而且在水星軌道附近有充足的陽光可供利用（尤其是對於太陽能帆板而言），因此更容易實現有動力軌道執行。通常來說，前往水星的航行速度更快，航行時間也更短，或許能比其他行星的迴圈飛行器更早投入使用。
此外，月球也可以作為迴圈飛行器的目的地。近十年前，巴茲・奧爾德林和安東尼・熱內瓦在一篇題為《用於星際巡航飛船的月球自由返回迴圈軌道》的論文中，探討了這一構想。這篇論文提醒我們，迴圈飛行器的應用不僅限於圍繞同一恆星執行的行星之間，或圍繞同一行星執行的衛星之間 —— 經過適當改造，迴圈飛行器也可用於行星與其衛星之間，甚至拉格朗日點之間的航行。
需要說明的是，多年來有許多人都在致力於迴圈飛行器的研究，其中包括巴茲的兒子。在緬懷巴茲貢獻的同時，我們不應忽視其他人的付出；也不應認為迴圈飛行器的應用僅限於地球與火星，甚至地球與月球之間 —— 例如，地球與太陽 - 地球拉格朗日 L1 點之間的迴圈飛行器可能會非常實用。我們經常設想在 L1 點建立大型軌道基礎設施，尤其是在其他行星上：例如，為了幫助行星實現地球化改造，我們可能會在目標行星的 L1 點部署太陽遮光板、透鏡或磁體，以冷卻金星這樣的行星，或加熱火星這樣的行星；也可能為火星建立人工磁層，以幫助其保留我們可能為其補充的大氣層。
在銀河係中，幾乎適宜居住的行星數量可能遠多於完全適宜居住的行星。對於這類行星，我們很可能需要在其 L1 點建立完善的基礎設施，以幫助其實現宜居化改造，而往返於這些行星或其 L4、L5 拉格朗日點的迴圈飛行器，將與往返於衛星之間的迴圈飛行器同樣重要（許多行星可能並冇有值得一提的衛星）。
我們的月球就是一顆值得關注的衛星，但人類已有半個世紀冇有重返月球了。迄今為止，最年輕的登月者查爾斯・杜克出生於 1935 年。我敢說，這些登月者中仍有在世者，唯一的原因是他們身體健康 —— 這既是他們當初被選中執行登月任務的因素之一，也讓他們擁有了令人欽佩的長壽。用於月球任務的奧爾德林迴圈飛行器，能幫助我們重返月球，並提供穩定的航行保障，其防護設計可應對太空輻射。如果我們在月球建立了永久基地和通訊衛星，那麼當船員在月球表麵執行任務時，就無需再像阿波羅計劃那樣，讓指揮艙在月球軌道待命；而且，航行時間也不必像阿波羅任務那樣要求嚴格的短途。阿波羅 11 號整個任務從發射到濺落僅用了約 8 天，阿姆斯特朗和奧爾德林在月球表麵停留的時間也僅略多於 21 小時。
順便提一句，我們即將迎來羅伯特・戈達德首次液體燃料火箭發射 100 週年（1926 年）。鮮為人知的是，巴茲・奧爾德林的父親埃德溫・尤金・奧爾德林 Sr.曾師從羅伯特・戈達德學習火箭技術。巴茲・奧爾德林是家中的次子，父子倆分別以 「吉恩」和 「巴茲」為暱稱。吉恩・奧爾德林是一名工程師和物理學家，曾在俄亥俄州代頓市的賴特 - 帕特森空軍基地創立了美國空軍理工學院——2000 年，20 歲的我正在那裡攻讀物理學學士學位，完成我的本科課程。1969 年，羅伯特・戈達德紀念圖書館開館時，巴茲・奧爾德林為圖書館剪綵；同年晚些時候，他前往月球時，隨身攜帶了一本微型版的戈達德自傳。美國國家航空航天局（NASA）不允許他將這本書留在月球上，於是他將書帶回地球，簽名後贈予了戈達德的遺孀埃斯特爾。這本書隨阿波羅 11 號船員完成了完整的月球往返之旅，也為戈達德家族與奧爾德林家族之間的淵源畫上了圓滿的句號。
在狹窄的艙體中度過 3 到 4 天的航行絕非易事，因此冇人願意延長這段旅程 —— 但地球與月球之間的迴圈飛行器並不會顯著增加航行時間，除非我們讓飛行器持續搭載船員（我認為這種情況是可能的）。而且，通過增大飛行器尺寸，我們可以大幅提升航行舒適度，例如增加更多防護層，或許還能在地球與月球引力影響之間的區域，設定一個通過自旋產生人工重力的艙段，幫助船員適應重力變化。
月球迴圈飛行器甚至可能成為一條熱門的 「巡航航線」—— 其部分軌道段會從地球向外延伸，再返回地球，中途並不經過月球。這種軌道模式看起來像從地球延伸出的花瓣，與行星迴圈飛行器圍繞太陽執行的橢圓軌道不同。1985 年，奧爾德林提出的月球迴圈飛行器採用三瓣式軌道，每 26 天靠近月球一次，但更頻繁地靠近地球 —— 每次軌道迴圈中，隻有一 「瓣」 軌道會經過月球，另外兩 「瓣」 則處於空曠的太空中。每段軌道的航行時間約為一週，這樣的時長非常適合開展太空旅遊，從而為月球往返的核心任務提供資金支援。
早在 1963 年，艾倫・斯特恩就曾提出過四瓣式月球迴圈飛行器概念。與奧爾德林後來提出的三瓣式設計相比，四瓣式設計的軌道轉移時間更長，但所需推力更小 ——Delta-V（速度增量）僅為 19 米 / 秒（三瓣式設計的推力需求略高）。不過，兩者的推力需求都很低（僅為幾十米 / 秒，而非千米 / 秒），因此補充燃料相對容易。
除了三瓣式和四瓣式，月球迴圈飛行器還可以採用其他多種軌道模式。如果我們在月球的 L4 和 L5 拉格朗日點（這些位置是極具吸引力的太空開發區域）建立基礎設施，那麼低動力版本的迴圈飛行器或許能在空載軌道上，與其中一個或兩個拉格朗日點實現交會。
人員往返月球的每段航程約為幾天，發射間隔略少於一個月。通過部署多艘迴圈飛行器，我們可以進一步縮短髮射間隔 —— 理論上甚至可以實現每日發射，但實際上，僅一艘迴圈飛行器就足以滿足各類月球任務的需求，讓我們能夠更頻繁地向月球永久基地運送船員和物資。此外，專為月球空間站或月球太空電梯設計的迴圈飛行器版本，還能為月球探索開闢更多可能性。
以上就是我們今天要介紹的內容 —— 一種重返月球或前往其他行星的可行方案。這一方案的研發，得到了太空探索領域首批先驅者之一（巴茲・奧爾德林）的助力。這位不僅踏上過月球，更用一生的時間幫助他人追隨自己的腳步、探索更遙遠星辰的人，為我們勾勒了這一宏偉願景。