Kas ir Hohmann Transfer? Hohmana pārskaitījuma aprēķināšana orbītām

Kosmosa kuģus un satelītus bieži izmanto, lai riņķotu ap debess ķermeņiem, neatkarīgi no tā, vai tas ir Mēness, tālā planēta vai pati Zeme. Bet ne visas orbītas ir vienādas. Orbītām nelielā augstumā ir vajadzīgs atšķirīgs ātrums un enerģijas patēriņš nekā orbītām lielā augstumā. Kad objekts riņķo noteiktā augstumā, inerces likumi ļauj ļoti viegli uzturēt šo orbītu. Bet orbītas augstuma maiņa ir diezgan sarežģīta. Par laimi, mūsdienu fiziķiem ir metode, kā šādu lietu padarīt iespējamu: Hohmana nodošana.

Pāriet uz sadaļu

• Kas ir Hohmann Transfer?
• Kā darbojas Hohmann pārsūtīšana?
• Kā Hohmann Transfer attiecas uz Starptautisko kosmosa staciju?
• Kā Hohmann pārskaitījums tiek piemērots ceļojumiem starp planētām?
• Uzziniet vairāk par Krisa Hadfīlda MasterClass

Bijušais Starptautiskās kosmosa stacijas komandieris māca jums kosmosa izpētes zinātni un nākotnes nākotni.

Kas ir Hohmann Transfer?

Hohmana transfērs ir raķešu šaušanas sistēma, ko fiziķi izmanto, lai kosmosa kuģi pārvietotu citā orbītas augstumā. Lai saprastu, kā darbojas Hohmana pārsūtīšana, ir svarīgi saprast plašāku orbitālās mehānikas principu.

Orbītas mehānika ir matemātikas termins, ar kuru kosmosa kuģis maina orbītu. Objektiem, kas atrodas orbītā, jo tuvāk tie atrodas objektam, pa kuru riņķo, jo ātrāk viņi ap to pārvietosies. Tas attiecas uz jebkuru objektu, kas riņķo ap citu:

• Zeme riņķo ap sauli
• Mēness riņķo ap Zemi
• Kosmosa kuģis, kas riņķo ap planētu

Orbitālajā mehānikā paātrināšanas un palēnināšanas jēdzieni ir sarežģīti un pretrunīgi. Orbītā dzinēju iedarbināšana uz priekšu virzās uz priekšu augstākā orbītā, kas faktiski nozīmē, ka jūs palēnināt ātrumu, jo objekti augstākā orbītā pārvietojas lēnāk. Lai dotos ātrāk, jums jāpalēnina ātrums un jānokrīt zemākā orbītā.

Jo tālāk jūs esat no Zemes, jo mazāk šis efekts tiek palielināts. Kad jūs nokļūstat pietiekami tālu no Zemes, orbitālās mehānikas relatīvais efekts ir tik zems, ka jūs varat orientēties tā, it kā jūs darbinātu savu kosmosa kuģi dziļā kosmosā.

kā kļūt par veiksmīgu autoru

Kā darbojas Hohmann pārsūtīšana?

Hohmana pārsūtīšana ir visbiežāk izmantotā metode, lai kosmosa kuģi pārvietotu no zemākas orbītas uz augstāku.

1920. gados vācu inženieris Valters Hohmans, iedvesmojoties no zinātniskās fantastikas, aprēķināja visefektīvāko veidu, kā pāriet uz augstāku orbītu.

kas ir f-stop fotogrāfijā

• Hohmana pārsūtīšana darbojas, vienreiz izlaižot raķešu dzinējus noteiktā apakšējās orbītas punktā. Šī apšaude pievieno enerģiju orbītā un dzen kosmosa kuģi tālāk no Zemes, mainot tā orbītu no apļveida orbītas uz ovālas formas orbītu.
• Tajā vietā, kur atrodas jaunā ovālā orbīta, kurā kosmosa kuģis atrodas vistālāk no Zemes, apkalpe atkal izšauj raķetes dzinējus, un ovālā orbīta atkal pārvēršas aplī - šis atrodas tālāk no Zemes nekā pēdējais.

Hohmann pārsūtīšana ir nozares standarts visefektīvākajai orbītas pārvietošanai, un tas attiecas neatkarīgi no tā, cik tālu kosmosā jūs ceļojat. Ja kosmosa kuģis orbītā izšauj savu dzinēju pietiekami ilgi, tas galu galā aiziet pietiekami ātri, lai aizlidotu dziļā kosmosā, izvairoties no planētas smaguma. Šis ātrums, ko sauc par evakuācijas ātrumu, ir kvadrātsakne par 2 jeb par 41% lielāks nekā orbītas ātrums.

Kā Hohmann Transfer attiecas uz Starptautisko kosmosa staciju?

Hohmana pārsēšanos izmanto Starptautiskās kosmosa stacijas (SKS) apkalpe. Sakarā ar nelieliem gaisa gabaliņiem ap ISS, stacija vienmēr tik viegli tiek virzīta atpakaļ uz Zemi, kamēr tā riņķo. Lai nepieļautu nepārtrauktu spirāles virzīšanos uz Zemi, apkalpei, kas atrodas uz ISS vai Misijas vadības, tik bieži jādedzina dzinēji, lai pārvietotu to augstākā orbītā.

Kā Hohmann pārskaitījums tiek piemērots ceļojumiem starp planētām?

Pieņemsim, ka jūs mēģināt nosūtīt kosmosa kuģi no Zemes uz Marsu un vēlaties to darīt pēc iespējas efektīvāk. Lai to paveiktu, zinātnieki izmanto faktu, ka kosmosa kuģis ir jau atrodas orbītā pirms tā palaišanas. Kā tas ir taisnība? Iemesls ir tāds, ka kosmosa kuģis atrodas uz Zemes, un Zeme riņķo ap Sauli.

Marss arī riņķo ap sauli, bet daudz lielākā attālumā (vai augstumā virs saules). Zinātnieki izmanto Zemes un Marsa orbītas, lai noteiktu to, kas pazīstams kā perihēlijs un afēlijs.

• Perihēlijs (tuvākā pieeja saulei) atradīsies Zemes orbītas attālumā
• Afelions (vistālāk no saules) atradīsies Marsa orbītas attālumā

Zinātnieki izstrādā raķetes orbītu, kas ietvers gan perihēlijs un afēlijs. Citiem vārdiem sakot, raķete vienā saules orbītā ceļojuma sākumā sakritīs ar Zemes orbītu un ceļojuma beigās sakritīs ar Marsa orbītu. Tas ir pazīstams kā Hohmann Transfer orbīta. Konkrēto raķetes Saules orbītas daļu, kas to aizved no Zemes uz Marsu, sauc par tās trajektoriju.

Uzziniet vairāk par kosmosa izpēti bijušā astronauta Krisa Hadfīlda MasterClass.

Meistarklase

Ieteikts jums

Tiešsaistes nodarbības, kuras pasniedz pasaules lielākie prāti. Paplašiniet savas zināšanas šajās kategorijās.

cik Scoville vienību ir jalapeno

Māca kosmosa izpēti

Māca saglabāšanu

Māca zinātnisko domāšanu un komunikāciju

Māca zinātni par labāku miegu