Τι είναι η μεταφορά Hohmann; Υπολογισμός της μεταφοράς Hohmann για τροχιές

Τα διαστημόπλοια και οι δορυφόροι χρησιμοποιούνται συχνά για τροχιά των ουράνιων σωμάτων, είτε πρόκειται για το φεγγάρι, έναν μακρινό πλανήτη είτε για τη Γη. Αλλά δεν είναι όλες οι τροχιές ίδιες. Οι τροχιές σε χαμηλά υψόμετρα απαιτούν διαφορετικές ταχύτητες και δαπάνες ενέργειας από τις τροχιές σε μεγάλα υψόμετρα. Όταν ένα αντικείμενο περιστρέφεται σε συγκεκριμένο υψόμετρο, οι νόμοι της αδράνειας καθιστούν πολύ εύκολο να διατηρηθεί αυτή η τροχιά. Αλλά η αλλαγή του ύψους της τροχιάς είναι αρκετά περίπλοκη. Ευτυχώς, οι σύγχρονοι φυσικοί έχουν μια μέθοδο για να κάνουν κάτι τέτοιο δυνατό: τη μεταφορά Hohmann.

Μετάβαση στην ενότητα

• Τι είναι η μεταφορά Hohmann;
• Πώς λειτουργεί η μεταφορά Hohmann;
• Πώς εφαρμόζεται η μεταφορά Hohmann στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό;
• Πώς εφαρμόζεται η μεταφορά Hohmann σε διαπλανητικά ταξίδια;
• Μάθετε περισσότερα για το MasterClass του Chris Hadfield

Ο πρώην διοικητής του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού σας διδάσκει την επιστήμη της εξερεύνησης του διαστήματος και τι έχει το μέλλον.

Τι είναι η μεταφορά Hohmann;

Η μεταφορά Hohmann είναι ένα σύστημα εκτόξευσης πυραύλων που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να μετακινήσουν ένα διαστημικό σκάφος σε διαφορετικό ύψος τροχιάς. Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί η μεταφορά Hohmann, είναι σημαντικό να κατανοήσετε την ευρύτερη αρχή της τροχιακής μηχανικής.

Η τροχιακή μηχανική είναι ένας όρος για τα μαθηματικά με τον οποίο ένα διαστημόπλοιο αλλάζει τροχιά. Για αντικείμενα που βρίσκονται σε τροχιά, όσο πιο κοντά βρίσκονται στο αντικείμενο που βρίσκονται σε τροχιά, τόσο πιο γρήγορα θα ταξιδεύουν γύρω από αυτό. Αυτό ισχύει για οποιοδήποτε αντικείμενο σε τροχιά γύρω από άλλο:

• Γη σε τροχιά γύρω από τον ήλιο
• Το φεγγάρι περιστρέφεται γύρω από τη Γη
• Ένα διαστημόπλοιο σε τροχιά γύρω από έναν πλανήτη

Στην τροχιακή μηχανική, οι έννοιες της επιτάχυνσης και της επιβράδυνσης είναι περίπλοκες και αντιφατικές. Στην τροχιά, η ενεργοποίηση των κινητήρων σας προς τα εμπρός σας μετακινεί προς τα εμπρός σε μια υψηλότερη τροχιά, πράγμα που σημαίνει ότι επιβραδύνετε, επειδή τα αντικείμενα σε μια υψηλότερη τροχιά κινούνται πιο αργά. Για να προχωρήσετε πιο γρήγορα, πρέπει να επιβραδύνετε και να πέσετε σε μια χαμηλότερη τροχιά.

Όσο πιο μακριά είστε από τη Γη, τόσο μικρότερο είναι αυτό το αποτέλεσμα. Όταν φτάσετε αρκετά μακριά από τη Γη, τα σχετικά αποτελέσματα της τροχιακής μηχανικής είναι τόσο χαμηλά που μπορείτε να πλοηγηθείτε σαν να χρησιμοποιείτε το διαστημόπλοιό σας σε βαθύ διάστημα.

πώς να γράψετε μια σύνοψη για ένα μυθιστόρημα

Πώς λειτουργεί η μεταφορά Hohmann;

Η μεταφορά Hohmann είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για να μετακινήσετε ένα διαστημόπλοιο από μια χαμηλότερη τροχιά σε μια υψηλότερη.

Τη δεκαετία του 1920, ο Γερμανός μηχανικός Walter Hohmann, εμπνευσμένος από την επιστημονική φαντασία, υπολόγισε τον πιο αποτελεσματικό τρόπο μετάβασης σε μια υψηλότερη τροχιά.

• Η μεταφορά Hohmann λειτουργεί πυροβολώντας τους πυραυλοκινητήρες μία φορά σε ένα συγκεκριμένο σημείο στην κάτω τροχιά. Αυτή η πυροδότηση προσθέτει ενέργεια στην τροχιά και προωθεί το διαστημόπλοιο μακρύτερα από τη Γη, αλλάζοντας την τροχιά της από μια κυκλική τροχιά σε μια οβάλ σχήματος τροχιά.
• Στο σημείο αυτής της νέας ωοειδούς τροχιάς στο οποίο το διαστημόπλοιο είναι το πιο απομακρυσμένο από τη Γη, το πλήρωμα πυροδοτεί ξανά τους κινητήρες του πυραύλου και η οβάλ τροχιά μετατρέπεται σε κύκλο - αυτό μακρύτερα από τη Γη από το τελευταίο.

Η μεταφορά Hohmann είναι το βιομηχανικό πρότυπο για την πιο ενεργειακά αποδοτική τροχιακή μεταφορά και ισχύει ανεξάρτητα από το πόσο μακριά ταξιδεύετε στο διάστημα. Εάν ένα διαστημόπλοιο σε τροχιά πυροδοτήσει τον κινητήρα του για αρκετό καιρό, τελικά θα πάει αρκετά γρήγορα για να πετάξει στο βαθύ διάστημα, ξεφεύγοντας από τη βαρύτητα του πλανήτη. Αυτή η ταχύτητα, που ονομάζεται ταχύτητα διαφυγής, είναι απλώς η τετραγωνική ρίζα του 2, ή 41% ταχύτερη από την τροχιακή ταχύτητα.

Πώς εφαρμόζεται η μεταφορά Hohmann στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό;

Η μεταφορά Hohmann χρησιμοποιείται από το πλήρωμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (ISS). Λόγω μικρών κομματιών αέρα γύρω από το ISS, ο σταθμός τραβιέται προς τη Γη τόσο ελαφρά όσο περιστρέφεται. Προκειμένου να αποφευχθεί μια συνεχιζόμενη σπείρα προς τα μέσα στη Γη, το πλήρωμα του ISS ή του Mission Control πρέπει να πυροδοτεί τους κινητήρες του κάθε τόσο συχνά για να τον μετακινεί σε υψηλότερη τροχιά.

Πώς εφαρμόζεται η μεταφορά Hohmann σε διαπλανητικά ταξίδια;

Ας υποθέσουμε ότι προσπαθείτε να στείλετε ένα διαστημικό σκάφος από τη Γη στον Άρη και θέλετε να το κάνετε όσο πιο αποτελεσματικά γίνεται. Για να το επιτύχουν αυτό, οι επιστήμονες εκμεταλλεύονται το γεγονός ότι το διαστημικό σκάφος είναι ήδη σε τροχιά πριν ξεκινήσει. Πώς είναι αυτό αλήθεια; Ο λόγος είναι ότι το διαστημικό σκάφος κάθεται στη Γη και η Γη περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο.

Ο Άρης περιστρέφεται επίσης γύρω από τον ήλιο, αλλά σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση (ή υψόμετρο πάνω από τον ήλιο). Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τις τροχιές της Γης και του Άρη για να καθορίσουν αυτό που είναι γνωστό ως περιήλιο και αφελείο.

πώς να σκοτώσετε τα φυτά δηλητηριώδους κισσού

• Το περιήλιο (πλησιέστερη προσέγγιση στον ήλιο) θα βρίσκεται σε απόσταση από την τροχιά της Γης
• Το αφλίον (η πιο απομακρυσμένη απόσταση από τον ήλιο) θα βρίσκεται στην απόσταση της τροχιάς του Άρη

Οι επιστήμονες σχεδιάζουν μια τροχιά για τον πύραυλο που θα περιλαμβάνει και τα δυο το περιήλιο και το αφελιον. Με άλλα λόγια, ο πύραυλος, σε μία τροχιά του ήλιου, θα συμπέσει με την τροχιά της Γης στην αρχή του ταξιδιού του και θα συμπίπτει με την τροχιά του Άρη στο τέλος του ταξιδιού του. Αυτό είναι γνωστό ως τροχιά Hohmann Transfer. Το συγκεκριμένο τμήμα της ηλιακής τροχιάς του πυραύλου που τον μεταφέρει από τη Γη στον Άρη ονομάζεται τροχιά του.

τι είναι ο πρόλογος σε ένα βιβλίο

Μάθετε περισσότερα σχετικά με την εξερεύνηση του διαστήματος στο MasterClass του πρώην αστροναύτη του Chris Hadfield.

MasterClass

Προτείνεται για εσάς

Διαδικτυακά μαθήματα που διδάσκονται από τα μεγαλύτερα μυαλά του κόσμου. Επεκτείνετε τις γνώσεις σας σε αυτές τις κατηγορίες.

Διδάσκει την εξερεύνηση του διαστήματος

Διδάσκει τη διατήρηση

Διδάσκει Επιστημονική Σκέψη και Επικοινωνία

Διδάσκει την Επιστήμη του Καλύτερου ύπνου