Vad är Hohmann Transfer? Beräkning av Hohmann-överföringen för banor

Rymdskepp och satelliter används ofta för att kretsa kring himmellegemer, oavsett om det är månen, en avlägsen planet eller själva jorden. Men inte alla banor är desamma. Banor i låga höjder kräver olika hastigheter och energikostnader än banor i höga höjder. När ett objekt kretsar på en viss höjd gör tröghetslagarna det mycket enkelt att behålla den banan. Men att ändra banans höjd är ganska komplicerat. Lyckligtvis har moderna fysiker en metod för att göra sådant möjligt: ​​Hohmann-överföringen.

Hoppa till avsnitt

• Vad är Hohmann Transfer?
• Hur fungerar Hohmann Transfer?
• Hur gäller Hohmann-överföringen på den internationella rymdstationen?
• Hur tillämpas Hohmann-överföringen på interplanetära resor?
• Läs mer om Chris Hadfields MasterClass

Den tidigare befälhavaren för den internationella rymdstationen lär dig vetenskapen om rymdutforskning och vad framtiden innebär.

Vad är Hohmann Transfer?

Hohmann-överföringen är ett system för avfyrning av raketer som fysiker använder för att flytta ett rymdfarkost till en annan banhöjd. För att förstå hur Hohmann-överföringen fungerar är det viktigt att förstå den bredare principen för orbitalmekanik.

Orbitalmekanik är en term för matematiken genom vilken ett rymdskepp byter omlopp. För objekt som är i omlopp, ju närmare de är föremålet de kretsar, desto snabbare kommer de att resa runt det. Detta gäller för alla objekt som kretsar kring ett annat:

• Jorden kretsar kring solen
• Månen som kretsar kring jorden
• Ett rymdskepp som kretsar kring en planet

I omloppsmekanik är begreppen att påskynda och sakta ner komplexa och kontraintuitiva. I bana flyttar du framåt mot en högre bana, vilket faktiskt betyder att du saktar ner, eftersom föremål i en högre bana rör sig långsammare. För att gå snabbare måste du bromsa upp och falla i en lägre omloppsbana.

Ju längre bort du är från jorden, desto mindre förstoras denna effekt. När du kommer tillräckligt långt bort från jorden är de relativa effekterna av omloppsmekanik så låga att du kan navigera som om du driver ditt rymdskepp i rymden.

varför använder författare spänning i en berättelse

Hur fungerar Hohmann Transfer?

Hohmann-överföringen är den vanligaste metoden för att flytta ett rymdskepp från en nedre bana till en högre.

olika typer av tyger och deras information

På 1920-talet beräknade den tyska ingenjören Walter Hohmann, inspirerad av science fiction, det mest effektiva sättet att flytta till en högre bana.

• Hohmann-överföringen fungerar genom att skjuta raketmotorerna en gång vid en viss punkt i den nedre banan. Denna skjutning tillför energi till omloppet och driver rymdskeppet längre bort från jorden och ändrar dess omlopp från en cirkulär bana till en oval formad bana.
• Vid den punkten i den nya ovala banan där rymdskeppet är längst bort från jorden skjuter besättningen raketens motorer igen och den ovala banan förvandlas tillbaka till en cirkel - den här längre bort från jorden än den förra.

Hohmann-överföringen är industristandarden för den mest energieffektiva orbitalöverföringen, och den gäller oavsett hur långt ut i rymden du reser. Om ett rymdskepp i omlopp avfyrar sin motor tillräckligt länge kommer det så småningom att gå tillräckligt snabbt för att flyga iväg in i rymden och undgå planetens allvar. Den hastigheten, kallad flyghastighet, är helt enkelt kvadratroten på 2, eller 41% snabbare än omloppshastigheten.

Hur gäller Hohmann-överföringen på den internationella rymdstationen?

Hohmann-överföringen används av besättningen på den internationella rymdstationen (ISS). På grund av små luftbitar runt ISS dras stationen tillbaka mot jorden någonsin så lite som den kretsar. För att undvika en fortsatt spiral inåt mot jorden måste besättningen ombord på ISS eller Mission Control skjuta sina motorer så ofta för att flytta den in i en högre omloppsbana.

Hur tillämpas Hohmann-överföringen på interplanetära resor?

Låt oss säga att du försöker skicka en rymdfarkost från jorden till Mars, och du vill göra det så effektivt som möjligt. För att åstadkomma detta utnyttjar forskare det faktum att rymdfarkosten är redan i omloppsbana innan den startar. Hur är detta sant? Anledningen är att rymdfarkosten sitter på jorden och jorden kretsar kring solen.

Mars kretsar också om solen, men på ett mycket större avstånd (eller höjd över solen). Forskare använder banorna på jorden och mars för att fastställa vad som kallas perihelion och aphelion.

• Periheliet (närmast närhet till solen) kommer att vara på avståndet från jordens omlopp
• Aphelion (längst bort från solen) kommer att vara på avståndet från Mars bana

Forskare utformar en bana för raketen som kommer att inkludera både perihelet och aphelion. Med andra ord kommer raketen, i en enskild bana av solen, att sammanfalla med jordens bana i början av sin resa och kommer att sammanfalla med Mars bana i slutet av sin resa. Detta är känt som en Hohmann Transfer-bana. Den specifika delen av rakets solbana som tar den från jorden till Mars kallas dess bana.

Lär dig mer om rymdutforskning i före detta astronaut Chris Hadfields MasterClass.

hur man blir en nyhetsankare

Mästarklass

Föreslås för dig

Onlinekurser som undervisas av världens största hjärnor. Utöka din kunskap inom dessa kategorier.

Lär rymdutforskning

Undervisar bevarande

Lär vetenskapligt tänkande och kommunikation

Lär vetenskapen om bättre sömn