Kaj je Hohmannov prenos? Izračun Hohmannovega prenosa za orbite

Vesoljske ladje in sateliti se pogosto uporabljajo za kroženje nebesnih teles, ne glede na to, ali gre za luno, oddaljeni planet ali samo Zemljo. Niso pa vse orbite enake. Orbite na majhni nadmorski višini zahtevajo drugačne hitrosti in porabo energije kot orbite na visoki nadmorski višini. Ko predmet kroži na določeni nadmorski višini, zakoni vztrajnosti olajšajo njegovo vzdrževanje. Toda spreminjanje nadmorske višine orbite je precej zapleteno. Na srečo imajo sodobni fiziki metodo, ki omogoča kaj takega: Hohmannov prenos.

Skoči na odsek

• Kaj je Hohmannov prenos?
• Kako deluje Hohmannov prenos?
• Kako se Hohmannov prenos nanaša na mednarodno vesoljsko postajo?
• Kako se Hohmannov prenos uporablja za medplanetarna potovanja?
• Izvedite več o MasterClass Chrisa Hadfielda

Nekdanji poveljnik Mednarodne vesoljske postaje vas uči vede o raziskovanju vesolja in o prihodnosti.

Kaj je Hohmannov prenos?

Hohmannov prenos je sistem streljanja z raketami, s katerim fiziki premikajo vesoljsko plovilo v drugačno višino orbite. Da bi razumeli, kako deluje Hohmannov prenos, je pomembno razumeti širše načelo orbitalne mehanike.

Orbitalna mehanika je izraz za matematiko, s katerim vesoljska ladja spreminja orbito. Za predmete, ki so v orbiti, bližje kot so predmeti, ki jih krožijo, hitreje bodo potovali okoli njega. To velja za vsak objekt, ki kroži okoli drugega:

• Zemlja, ki kroži okoli sonca
• Luna, ki kroži okoli Zemlje
• Vesoljska ladja, ki kroži okoli planeta

V orbitalni mehaniki so koncepti pospeševanja in upočasnjevanja zapleteni in nerazumljivi. V orbiti vas sprožitev motorjev spredaj premakne naprej v višjo orbito, kar dejansko pomeni, da upočasnite, ker se predmeti v višji orbiti premikajo počasneje. Če želite iti hitreje, morate upočasniti in pasti v nižjo orbito.

Dlje ko ste od Zemlje, manjši je ta učinek. Ko se oddaljite dovolj od Zemlje, so relativni učinki orbitalne mehanike tako majhni, da lahko krmarite, kot da upravljate svojo vesoljsko ladjo v globokem vesolju.

kako kuhati mečarico v ponvi

Kako deluje Hohmannov prenos?

Hohmannov prenos je najpogosteje uporabljena metoda za premik vesoljske ladje iz nižje orbite v višjo.

V dvajsetih letih 20. stoletja je nemški inženir Walter Hohmann, navdihnjen z znanstveno fantastiko, izračunal najučinkovitejši način za premik v višjo orbito.

• Hohmannov prenos deluje tako, da raketne motorje sproži enkrat na določeni točki v spodnji orbiti. To streljanje doda energijo v orbito in požene vesoljsko ladjo dlje od Zemlje ter spremeni svojo krožnico iz krožne v ovalno.
• Na točki v tej novi ovalni orbiti, na kateri je vesoljska ladja najbolj oddaljena od Zemlje, posadka znova sproži raketne motorje in ovalna orbita se spet spremeni v krog - ta dlje od Zemlje kot prejšnja.

Hohmannov prenos je industrijski standard za energetsko najučinkovitejši orbitalni prenos in velja ne glede na to, kako daleč v vesolje potujete. Če vesoljska ladja v orbiti dovolj dolgo sproži svoj motor, bo sčasoma šla dovolj hitro, da bo odletela v globok vesolje in ušla gravitaciji planeta. Ta hitrost, imenovana hitrost izhoda, je preprosto kvadratni koren 2 ali 41% hitrejša od orbitalne hitrosti.

Kako se Hohmannov prenos nanaša na mednarodno vesoljsko postajo?

Prenos Hohmanna uporablja posadka Mednarodne vesoljske postaje (ISS). Zaradi majhnih delcev zraka okoli ISS postajo povleče nazaj proti Zemlji vseeno, ko kroži. Da bi se izognili nadaljnjemu spirali navznoter do Zemlje, mora posadka na krovu ISS ali Mission Control vsake toliko sprožiti svoje motorje, da ga premakne v višjo orbito.

Kako se Hohmannov prenos uporablja za medplanetarna potovanja?

Recimo, da poskušate vesoljsko plovilo poslati z Zemlje na Mars in to želite storiti čim bolj učinkovito. Da bi to dosegli, znanstveniki izkoristijo dejstvo, da je vesoljsko plovilo že v orbiti preden se začne. Kako je to res? Razlog je v tem, da vesoljsko plovilo sedi na Zemlji in Zemlja kroži okoli sonca.

Mars tudi kroži okoli sonca, vendar na veliko večji razdalji (ali nadmorski višini). Znanstveniki z zemeljsko in Marsovsko orbito ugotovijo tisto, kar je znano kot perihel in afelij.

kako napisati dejanja v skriptu

• Perihelij (najbližji pristop soncu) bo na razdalji Zemljine orbite
• Afelij (najbolj oddaljen od sonca) bo na razdalji Marsove orbite

Znanstveniki načrtujejo orbito za raketo, ki jo bo vključevala oboje perihelij in afelij. Z drugimi besedami, raketa bo v enojni sončni orbiti na začetku potovanja sovpadala z Zemljino orbito in na koncu potovanja sovpadala z Marsovo. To je znano kot Hohmannova orbita za prenos. Konkretni del sončne orbite rakete, ki jo pelje od Zemlje do Marsa, imenujemo njena pot.

kako ustvariti lastno blagovno znamko oblačil

Več o raziskovanju vesolja v MasterClassu nekdanjega astronavta Chrisa Hadfielda.

MasterClass

Predlagano za vas

Spletni tečaji, ki jih poučujejo največji možje na svetu. Razširite svoje znanje v teh kategorijah.

Uči raziskovanje vesolja

Uči varstva

Uči znanstveno razmišljanje in komuniciranje

Uči znanost o boljšem spancu