Mikä on Hohmann Transfer? Hohmann-siirron laskeminen kiertoradoille

Avaruusaluksia ja satelliitteja käytetään usein taivaankappaleiden kiertämiseen, olipa kyseessä kuu, kaukainen planeetta tai itse Maa. Mutta kaikki kiertoradat eivät ole samat. Pienillä korkeuksilla olevat kiertoradat vaativat erilaisia ​​nopeuksia ja energiankulutuksia kuin suurten korkeuksien kiertoradat. Kun esine kiertää tietyllä korkeudella, inertiasäännöt tekevät kiertoradan ylläpitämisen erittäin helpoksi. Kiertoradan korkeuden muuttaminen on kuitenkin melko monimutkaista. Onneksi nykyaikaisilla fyysikoilla on menetelmä tällaisen mahdollistamiseksi: Hohmann-siirto.

Hyppää osioon

• Mikä on Hohmann Transfer?
• Kuinka Hohmann Transfer toimii?
• Kuinka Hohmann-siirto koskee kansainvälistä avaruusasemaa?
• Kuinka Hohmann-siirtoa sovelletaan planeettojenväliseen matkustamiseen?
• Lisätietoja Chris Hadfieldin MasterClassista

Kansainvälisen avaruusaseman entinen komentaja opettaa sinulle avaruuden etsintää ja tulevaisuutta.

Mikä on Hohmann Transfer?

Hohmann-siirto on rakettien laukaisujärjestelmä, jota fyysikot käyttävät avaruusaluksen siirtämiseen eri kiertoradan korkeudelle. Hohmann-siirron ymmärtämiseksi on tärkeää ymmärtää kiertoradamekaniikan laajempi periaate.

Orbitaalimekaniikka on termi matematiikalle, jolla avaruusalus muuttaa kiertorataa. Kiertoradalla oleville kohteille, mitä lähempänä ne ovat kiertoradalle, sitä nopeammin ne kiertävät sen ympäri. Tämä koskee kaikkia esineitä, jotka kiertävät toisen ympärillä:

• Maa kiertää aurinkoa
• Kuu kiertää maapalloa
• Avaruusalus kiertää planeettaa

Kiertoradamekaniikassa nopeuttamisen ja hidastamisen käsitteet ovat monimutkaisia ​​ja vastakkaisia. Kiertoradalla moottoreiden ampuminen eteenpäin vie sinut eteenpäin korkeammalle kiertoradalle, mikä tarkoittaa itse asiassa hidastumista, koska korkeammalla kiertoradalla olevat kohteet liikkuvat hitaammin. Jotta voisit mennä nopeammin, sinun on hidastettava ja pudotettava alemmalle kiertoradalle.

Mitä kauempana olet maasta, sitä vähemmän suurennettu tämä vaikutus on. Kun pääset riittävän kauas maasta, kiertoradan mekaniikan suhteelliset vaikutukset ovat niin pieniä, että voit navigoida kuin käyttäisit avaruusalustasi syvässä avaruudessa.

mikä osa kanasta on tummaa lihaa

Kuinka Hohmann Transfer toimii?

Hohmann-siirto on yleisimmin käytetty menetelmä avaruusaluksen siirtämiseksi alemmalta kiertoradalta korkeammalle.

1920-luvulla saksalainen insinööri Walter Hohmann laski tieteiskirjallisuuden innoittamana tehokkaimman tavan siirtyä korkeammalle kiertoradalle.

mitä kuningatar voi tehdä shakissa

• Hohmann-siirto toimii ampumalla rakettimoottorit kerran tietyssä kohdassa alemmalla kiertoradalla. Tämä ampuminen lisää kiertoradalle energiaa ja työntää avaruusaluksen kauemmaksi maasta ja muuttaa sen kiertoradalta soikealle.
• Sen uuden soikean kiertoradan pisteessä, jossa avaruusalus on kauimpana maasta, miehistö laukaisee raketin moottorit uudelleen, ja soikea kiertorata muuttuu takaisin ympyräksi - tämä kauemmas Maasta kuin viimeinen.

Hohmann-siirto on alan standardi energiatehokkaimmalle kiertoradansiirrolle, ja sitä sovelletaan riippumatta siitä, kuinka pitkälle avaruuteen matkustat. Jos kiertoradalla oleva avaruusalus laukaisee moottorinsa tarpeeksi kauan, se lopulta menee tarpeeksi nopeasti lentääkseen syvälle avaruuteen välttäen planeetan painovoiman. Tämä nopeus, jota kutsutaan pakenemisnopeudeksi, on yksinkertaisesti neliöjuuri 2 eli 41% nopeampi kuin kiertoradan nopeus.

Kuinka Hohmann-siirto koskee kansainvälistä avaruusasemaa?

Hohmann-siirtoa käyttää kansainvälisen avaruusaseman (ISS) miehistö. ISS: n ympärillä olevien pienten ilmapalojen vuoksi asema vedetään takaisin kohti maata aina niin vähän kuin se kiertää. Jotta vältetään jatkuva kierre sisäänpäin maahan, ISS: ssä tai Mission Control -aluksella olevan miehistön on ajettava moottorit niin usein, jotta se voidaan siirtää korkeammalle kiertoradalle.

Kuinka Hohmann-siirtoa sovelletaan planeettojenväliseen matkustamiseen?

Oletetaan, että yrität lähettää avaruusaluksen maasta Marsiin, ja haluat tehdä sen mahdollisimman tehokkaasti. Tämän saavuttamiseksi tutkijat hyödyntävät sitä, että avaruusalus on jo kiertoradalla ennen kuin se käynnistyy. Kuinka tämä on totta? Syynä on, että avaruusalus istuu maapallolla ja maa kiertää aurinkoa.

Mars kiertää myös aurinkoa, mutta paljon kauemmas (tai korkeudessa auringon yläpuolella). Tutkijat käyttävät maapallon ja Marsin kiertoratoja saadakseen selville ns. Perihelionin ja afelionin.

• Perihelion (lähinnä aurinkoa) on maapallon kiertoradan etäisyydellä
• Aphelion (kauimpana etäisyydestä auringosta) on Marsin kiertoradan etäisyydellä

Tutkijat suunnittelevat kiertoradan raketille, joka sisältää molemmat perihelion ja aphelion. Toisin sanoen, raketti yhdellä auringon kiertoradalla osuu maapallon kiertoradalle matkansa alussa ja samaan aikaan Marsin kiertoradan matkan lopussa. Tätä kutsutaan Hohmann-siirtoradaksi. Raketin aurinkoradan tiettyä osaa, joka vie sen maasta Marsiin, kutsutaan sen liikeradaksi.

Lue lisää avaruuden etsinnästä entisen astronautin Chris Hadfieldin MasterClassissa.

MasterClass

Ehdotettu sinulle

Verkkokurssit, joita opettaa maailman suurimmat mielet. Laajenna tietosi näissä luokissa.

kuinka kirjoittaa haastattelu

Opettaa avaruuden tutkimista

Opettaa suojelua

Opettaa tieteellistä ajattelua ja viestintää

Opettaa parempaa unta