Co to jest transfer Hohmanna? Obliczanie transferu Hohmanna dla orbit

Statki kosmiczne i satelity są często używane do orbitowania ciał niebieskich, niezależnie od tego, czy jest to Księżyc, odległa planeta, czy sama Ziemia. Ale nie wszystkie orbity są takie same. Orbity na niskich wysokościach wymagają innych prędkości i nakładów energii niż orbity na dużych wysokościach. Gdy obiekt krąży na określonej wysokości, prawa bezwładności bardzo ułatwiają utrzymanie tej orbity. Ale zmiana wysokości orbity jest dość skomplikowana. Na szczęście współcześni fizycy mają metodę, aby to umożliwić: transfer Hohmanna.

Przejdź do sekcji

• Co to jest transfer Hohmanna?
• Jak działa transfer Hohmanna?
• W jaki sposób transfer Hohmanna odnosi się do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej?
• W jaki sposób transfer Hohmanna ma zastosowanie do podróży międzyplanetarnych?
• Dowiedz się więcej o MasterClass Chrisa Hadfielda

Były dowódca Międzynarodowej Stacji Kosmicznej uczy Cię nauki o eksploracji kosmosu i tego, co przyniesie przyszłość.

Co to jest transfer Hohmanna?

Transfer Hohmanna to system wystrzeliwania rakiet, który fizycy wykorzystują do przenoszenia statku kosmicznego na inną wysokość orbity. Aby zrozumieć, jak działa transfer Hohmanna, ważne jest zrozumienie szerszej zasady mechaniki orbitalnej.

Mechanika orbitalna to termin określający matematykę, dzięki której statek kosmiczny zmienia orbitę. W przypadku obiektów znajdujących się na orbicie, im bliżej obiektu, na którym orbitują, tym szybciej będą go omijać. Dotyczy to każdego obiektu krążącego wokół innego:

• Ziemia krążąca wokół Słońca
• Księżyc krążący wokół Ziemi
• Statek kosmiczny krążący wokół planety

W mechanice orbitalnej pojęcia przyspieszania i zwalniania są złożone i sprzeczne z intuicją. Na orbicie, odpalenie silników do przodu, przesuwa cię do przodu na wyższą orbitę, co w rzeczywistości oznacza, że ​​zwalniasz, ponieważ obiekty na wyższej orbicie poruszają się wolniej. Aby lecieć szybciej, musisz zwolnić i spaść na niższą orbitę.

Im dalej jesteś od Ziemi, tym słabiej wzmacniany jest ten efekt. Kiedy oddalisz się wystarczająco daleko od Ziemi, względne efekty mechaniki orbitalnej są tak niskie, że możesz nawigować tak, jakbyś operował swoim statkiem kosmicznym w głębokim kosmosie.

jak smakuje bok choy?

Jak działa transfer Hohmanna?

Transfer Hohmanna jest najczęściej stosowaną metodą przenoszenia statku kosmicznego z niższej orbity na wyższą.

W latach dwudziestych niemiecki inżynier Walter Hohmann, zainspirowany fantastyką naukową, obliczył najbardziej efektywny sposób przejścia na wyższą orbitę.

• Transfer Hohmanna działa poprzez jednorazowe odpalenie silników rakietowych w określonym punkcie na niższej orbicie. To wystrzelenie dodaje energii na orbicie i oddala statek kosmiczny od Ziemi, zmieniając jego orbitę z orbity kołowej na orbitę owalną.
• W punkcie tej nowej owalnej orbity, w której statek kosmiczny jest najdalej od Ziemi, załoga ponownie odpala silniki rakiety, a owalna orbita zamienia się z powrotem w okrąg — ten dalej od Ziemi niż poprzedni.

Transfer Hohmanna jest standardem branżowym dla najbardziej energooszczędnego transferu orbitalnego i ma zastosowanie bez względu na to, jak daleko w kosmos podróżujesz. Jeśli statek kosmiczny na orbicie uruchomi swój silnik wystarczająco długo, w końcu poleci wystarczająco szybko, aby odlecieć w głęboką przestrzeń kosmiczną, unikając grawitacji planety. Ta prędkość, zwana prędkością ucieczki, jest po prostu pierwiastkiem kwadratowym z 2, czyli 41% szybciej niż prędkość orbitalna.

W jaki sposób transfer Hohmanna odnosi się do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej?

Z transferu Hohmanna korzysta załoga Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Z powodu niewielkich kawałków powietrza wokół ISS, stacja jest cofana w kierunku Ziemi w miarę poruszania się po orbicie. Aby uniknąć dalszej spirali w kierunku Ziemi, załoga na pokładzie ISS lub Kontroli Misji musi co jakiś czas uruchamiać swoje silniki, aby przenieść je na wyższą orbitę.

W jaki sposób transfer Hohmanna ma zastosowanie do podróży międzyplanetarnych?

Załóżmy, że próbujesz wysłać statek kosmiczny z Ziemi na Marsa i chcesz to zrobić jak najefektywniej. Aby to osiągnąć, naukowcy wykorzystują fakt, że statek kosmiczny: już na orbicie przed uruchomieniem. Jak to prawda? Powodem jest to, że statek kosmiczny znajduje się na Ziemi, a Ziemia krąży wokół Słońca.

Mars również krąży wokół Słońca, ale w znacznie większej odległości (lub wysokości nad słońcem). Naukowcy wykorzystują orbity ziemskie i marsjańskie do ustalenia tzw. peryhelium i aphelium.

co oznacza patos w literaturze?

• Peryhelium (najbliżej Słońca) będzie w odległości orbity Ziemi
• Aphelion (najdalsza odległość od Słońca) będzie w odległości orbity Marsa

Naukowcy projektują orbitę dla rakiety, która będzie obejmować obie peryhelium i aphelium. Innymi słowy, rakieta , na jednej orbicie Słońca, zbiegnie się z orbitą Ziemi na początku swojej podróży i zbiegnie się z orbitą Marsa na końcu swojej podróży. Jest to znane jako orbita transferu Hohmanna. Określona część orbity słonecznej rakiety, która przenosi ją z Ziemi na Marsa, nazywa się jej trajektorią.

jak zrobić indeks do książki

Dowiedz się więcej o eksploracji kosmosu na zajęciach MasterClass byłego astronauty Chrisa Hadfielda.

MasterClass

Sugerowane dla Ciebie

Zajęcia online prowadzone przez największe umysły świata. Poszerz swoją wiedzę w tych kategoriach.

Uczy eksploracji kosmosu

Uczy Konserwacji

Uczy myślenia naukowego i komunikacji

Uczy nauki o lepszym śnie