Hva er Hohmann Transfer? Beregning av Hohmann-overføring for baner

Romskip og satellitter brukes ofte til å bane himmellegemer, enten det er månen, en fjern planet eller selve jorden. Men ikke alle baner er like. Baner i lave høyder krever forskjellige hastigheter og energiforbruk enn baner i høye høyder. Når en gjenstand kretser i en bestemt høyde, gjør treghetslovene det veldig enkelt å opprettholde den bane. Men å endre banehøyden er ganske komplisert. Heldigvis har moderne fysikere en metode for å gjøre noe slikt mulig: Hohmann-overføringen.

Gå til seksjonen

• Hva er Hohmann Transfer?
• Hvordan fungerer Hohmann-overføringen?
• Hvordan gjelder Hohmann-overføringen til den internasjonale romstasjonen?
• Hvordan blir Hohmann-overføringen brukt på interplanetariske reiser?
• Lær mer om Chris Hadfields MasterClass

Den tidligere sjefen for den internasjonale romstasjonen lærer deg vitenskapen om romforskning og hva fremtiden bringer.

Hva er Hohmann Transfer?

Hohmann-overføringen er et system for å skyte raketter som fysikere bruker for å flytte et romfartøy til en annen banehøyde. For å forstå hvordan Hohmann-overføringen fungerer, er det viktig å forstå det bredere prinsippet om orbitalmekanikk.

Orbitalmekanikk er et begrep for matematikken der et romskip endrer bane. For gjenstander som er i bane, jo nærmere de er objektet de kretser, jo raskere vil de reise rundt den. Dette gjelder ethvert objekt som kretser rundt et annet:

• Jorden kretser rundt solen
• Månen som kretser rundt jorden
• Et romskip som kretser rundt en planet

I banemekanikk er begrepene å øke hastigheten og bremse ned komplekse og kontraintuitive. I bane beveger du deg fremover inn i en høyere bane ved å skyte motorene dine fremover, noe som faktisk betyr at du bremser, fordi objekter i en høyere bane beveger seg saktere. For å gå raskere må du bremse og falle i en lavere bane.

Jo lenger unna du er fra jorden, desto mindre forstørres denne effekten. Når du kommer langt nok borte fra jorden, er de relative effektene av banemekanikken så lave at du kan navigere som om du driver romskipet ditt i det dype rommet.

hvordan finne ut stilen din

Hvordan fungerer Hohmann-overføringen?

Hohmann-overføringen er den mest brukte metoden for å flytte et romskip fra en lavere bane til en høyere.

På 1920-tallet beregnet den tyske ingeniøren Walter Hohmann, inspirert av science fiction, den mest effektive måten å bevege seg til en høyere bane.

hva betyr drep dine kjære

• Hohmann-overføringen fungerer ved å skyte rakettmotorene en gang på et bestemt punkt i nedre bane. Denne avfyringen gir energi til bane og driver romskipet lenger fra jorden, og endrer bane fra en sirkelbane til en ovalformet bane.
• På det punktet i den nye ovale banen der romskipet befinner seg lengst fra jorden, skyter mannskapet rakettens motorer igjen, og den ovale banen blir tilbake i en sirkel - denne lenger fra jorden enn den forrige.

Hohmann-overføringen er industristandarden for den mest energieffektive orbitaloverføringen, og den gjelder uansett hvor langt ut i rommet du reiser. Hvis et romskip i bane fyrer av motoren lenge nok, vil det til slutt gå raskt nok til å fly bort i det dype rommet, og slippe unna planetens tyngdekraft. Den hastigheten, kalt rømningshastighet, er ganske enkelt kvadratroten på 2, eller 41% raskere enn omløpshastighet.

Hvordan gjelder Hohmann-overføringen til den internasjonale romstasjonen?

Hohmann-overføringen brukes av mannskapet på den internasjonale romstasjonen (ISS). På grunn av små luftbiter rundt ISS, blir stasjonen trukket tilbake mot Jorden så lett som den kretser. For å unngå en fortsatt spiral innover til jorden, må mannskapet ombord på ISS eller Mission Control skyte av motorene hver gang for å flytte den inn i en høyere bane.

Hvordan blir Hohmann-overføringen brukt på interplanetariske reiser?

La oss si at du prøver å sende et romfartøy fra jorden til Mars, og at du vil gjøre det så effektivt som mulig. For å oppnå dette utnytter forskere det faktum at romfartøyet er allerede i bane før den starter. Hvordan er dette sant? Årsaken er at romfartøyet sitter på jorden, og jorden kretser rundt solen.

Mars kretser også rundt solen, men på en mye større avstand (eller høyde over solen). Forskere bruker banene på jorden og mars til å etablere det som er kjent som et perihelium og et aphelion.

• Periheliet (nærmeste tilnærming til solen) vil være på avstanden fra jordens bane
• Aphelion (lengst avstand fra solen) vil være på avstanden til Mars 'bane

Forskere designer en bane for raketten som vil inkludere både periheliet og aphelion. Med andre ord, raketten, i en enkelt bane av solen, vil falle sammen med jordens bane ved starten av reisen og vil falle sammen med Mars 'bane ved slutten av reisen. Dette er kjent som en bane fra Hohmann Transfer. Den spesifikke delen av rakettens solbane som fører den fra jorden til Mars kalles dens bane.

Lær mer om romforskning i den tidligere astronauten Chris Hadfields MasterClass.

MasterClass

Foreslått for deg

Nettkurs undervist av verdens største sinn. Utvid din kunnskap i disse kategoriene.

gjennomsnittlig lengde på en novelle

Lærer romutforskning

Lærer i bevaring

Underviser vitenskapelig tenking og kommunikasjon

Lærer vitenskapen om bedre søvn