Kas yra „Hohmann Transfer“? Apskaičiuojant „Hohmann“ perdavimą orbitoms

Erdvėlaiviai ir palydovai dažnai naudojami orbitoje aplink dangaus kūnus, nesvarbu, ar tai mėnulis, ar tolima planeta, ar pati Žemė. Bet ne visos orbitos yra vienodos. Mažo aukščio orbitoms reikia kitokio greičio ir energijos sąnaudų nei orbitoms dideliame aukštyje. Kai objektas skrieja aplink tam tikrą aukštį, inercijos dėsniai labai palengvina tos orbitos išlaikymą. Tačiau pakeisti orbitos aukštį yra gana sudėtinga. Laimei, šiuolaikiniai fizikai turi būdą, kaip tai padaryti: Hohmanno perkėlimą.

Pereiti į skyrių

• Kas yra „Hohmann Transfer“?
• Kaip veikia „Hohmann“ perkėlimas?
• Kaip „Hohmann Transfer“ taikomas tarptautinei kosminei stočiai?
• Kaip „Hohmann Transfer“ taikomas tarpplanetinėms kelionėms?
• Sužinokite daugiau apie Chriso Hadfieldo „MasterClass“

Buvęs Tarptautinės kosminės stoties vadas moko kosmoso tyrimų ir ateities mokslo.

Kas yra „Hohmann Transfer“?

„Hohmann“ perdavimas yra raketų šaudymo sistema, kurią fizikai naudoja erdvėlaiviui perkelti į kitą orbitos aukštį. Norint suprasti, kaip veikia „Hohmann“ perkėlimas, svarbu suprasti platesnį orbitos mechanikos principą.

Orbitos mechanika yra matematikos terminas, pagal kurį erdvėlaivis keičia orbitą. Orbitoje esantiems objektams, kuo arčiau objektų, apie kuriuos jie skrieja, tuo greičiau jie aplink jį keliaus. Tai taikoma bet kuriam objektui, skriejančiam aplink kitą:

• Žemė skrieja aplink saulę
• Mėnulis skrieja aplink Žemę
• Kosminis laivas, skriejantis aplink planetą

Orbitinėje mechanikoje greitėjimo ir lėtėjimo sampratos yra sudėtingos ir prieštaringos. Orbitoje paleisdami variklius į priekį judate į priekį į aukštesnę orbitą, o tai iš tikrųjų reiškia, kad sulėtinate greitį, nes aukštesnės orbitos objektai juda lėčiau. Norėdami važiuoti greičiau, turite sulėtinti greitį ir patekti į žemesnę orbitą.

Kuo toliau esate nuo Žemės, tuo mažiau šis efektas padidinamas. Kai jūs nutolstate pakankamai toli nuo Žemės, orbitinės mechanikos santykinis poveikis yra toks mažas, kad galite naršyti taip, tarsi savo erdvėlaivį valdytumėte gilumoje.

kiek eilėraščių poezijos knygoje

Kaip veikia „Hohmann“ perkėlimas?

„Hohmann“ perkėlimas yra dažniausiai naudojamas būdas perkelti kosminį laivą iš žemesnės orbitos į aukštesnę.

1920-aisiais vokiečių inžinierius Walteris Hohmannas, įkvėptas mokslinės fantastikos, apskaičiavo efektyviausią būdą pereiti į aukštesnę orbitą.

• „Hohmann“ perdavimas veikia vieną kartą paleidžiant raketos variklius tam tikrame apatinės orbitos taške. Šis šaudymas prideda energijos į orbitą ir išstumia kosminį laivą toliau nuo Žemės, pakeisdamas jo orbitą iš apskritos orbitos į ovalo formos orbitą.
• Toje naujosios ovalios orbitos, kurioje kosminis laivas yra toliausiai nuo Žemės, taške įgula vėl paleidžia raketos variklius, o ovali orbita vėl virsta ratu - šis toliau nuo Žemės nei paskutinis.

„Hohmann“ perdavimas yra efektyviausio orbitos perkėlimo pramonės standartas ir jis taikomas, kad ir kaip toli į kosmosą keliautumėte. Jei orbitoje esantis kosminis laivas paleis pakankamai ilgai variklį, jis galų gale nuvažiuos pakankamai greitai, kad išskristų į gilų kosmosą, išvengdamas planetos gravitacijos. Tas greitis, vadinamas pabėgimo greičiu, yra tiesiog kvadratinė 2 šaknis arba 41% didesnė už orbitos greitį.

skirtumas tarp uogienės želė ir marmelado

Kaip „Hohmann Transfer“ taikomas tarptautinei kosminei stočiai?

„Hohmann“ persėdimu naudojasi Tarptautinės kosminės stoties (TKS) įgula. Dėl mažų oro gabalų aplink TKS stotis vis tiek taip traukiasi atgal link Žemės. Kad būtų išvengta nuolatinės spiralės į žemę, ISS arba „Mission Control“ laive esanti įgula turi taip dažnai šaudyti savo varikliais, kad galėtų perkelti juos į aukštesnę orbitą.

Kaip „Hohmann Transfer“ taikomas tarpplanetinėms kelionėms?

Tarkime, bandote išsiųsti erdvėlaivį iš Žemės į Marsą ir norite tai padaryti kuo efektyviau. Norėdami tai pasiekti, mokslininkai naudojasi tuo, kad erdvėlaivis yra jau orbitoje prieš paleidžiant. Kaip tai tiesa? Priežastis ta, kad erdvėlaivis sėdi Žemėje, o Žemė skrieja aplink Saulę.

Marsas taip pat skrieja aplink saulę, tačiau daug didesniu atstumu (arba aukščiu virš saulės). Mokslininkai naudojasi Žemės ir Marso orbitomis, kad nustatytų vadinamąjį perihelį ir afiliją.

• Perihelis (arčiausiai saulės) yra Žemės orbitos atstumu
• Afelis (tolimiausias atstumas nuo saulės) bus Marso orbitos atstumu

Mokslininkai suprojektuoja raketos orbitą, į kurią bus įtraukta tiek perihelis ir afelis. Kitaip tariant, raketa, esanti vienoje saulės orbitoje, sutaps su Žemės orbita kelionės pradžioje ir sutaps su Marso orbita kelionės pabaigoje. Tai žinoma kaip „Hohmann Transfer“ orbita. Konkreti raketos Saulės orbitos dalis, nukelianti ją iš Žemės į Marsą, vadinama jos trajektorija.

Sužinokite daugiau apie kosmoso tyrimus buvusio astronauto Chriso Hadfieldo „MasterClass“.

„MasterClass“

Pasiūlė jums

Internetinės klasės, kurias moko didžiausi pasaulio protai. Išplėskite savo žinias šiose kategorijose.

Moko kosmoso tyrinėjimų

kaip įsitraukti į politiką savo bendruomenėje

Moko gamtosaugos

Moko mokslinio mąstymo ir komunikacijos

Moko mokslo apie geresnį miegą