Hvad er Hohmann-overførslen? Beregning af Hohmann-overførsel til baner

Rumskibe og satellitter bruges ofte til at kredser himmellegemer, hvad enten det er månen, en fjern planet eller selve jorden. Men ikke alle baner er ens. Baner i lave højder kræver forskellige hastigheder og udgifter til energi end baner i store højder. Når et objekt først kredser i en bestemt højde, gør inertilovene det meget let at opretholde den bane. Men at ændre banens højde er ret kompliceret. Heldigvis har moderne fysikere en metode til at muliggøre sådan en ting: Hohmann-overførslen.

Gå til sektion

• Hvad er Hohmann-overførslen?
• Hvordan fungerer Hohmann-overførslen?
• Hvordan finder Hohmann-overførslen anvendelse på den internationale rumstation?
• Hvordan anvendes Hohmann-overførslen til interplanetarisk rejse?
• Lær mere om Chris Hadfields MasterClass

Den tidligere chef for den internationale rumstation lærer dig videnskaben om udforskning af rummet og hvad fremtiden bringer.

Hvad er Hohmann-overførslen?

Hohmann-overførslen er et system til affyring af raketter, som fysikere bruger til at flytte et rumfartøj til en anden højde af kredsløb. For at forstå, hvordan Hohmann-overførslen fungerer, er det vigtigt at forstå det bredere princip om orbitalmekanik.

Orbitalmekanik er et udtryk for matematikken, hvormed et rumskib ændrer kredsløb. For objekter, der er i kredsløb, jo tættere de er på det objekt, de kredser om, jo ​​hurtigere vil de rejse rundt om det. Dette gælder for ethvert objekt, der kredser om et andet:

• Jorden kredser om solen
• Månen, der kredser om Jorden
• Et rumskib, der kredser om en planet

I orbitalmekanik er begreberne at fremskynde og bremse ned komplekse og kontraintuitive. I kredsløb flytter du dine motorer fremad i en højere bane, hvilket faktisk betyder, at du sænker farten, fordi objekter i en højere bane bevæger sig langsommere. For at gå hurtigere er du nødt til at bremse og falde i en lavere bane.

Jo længere væk du er fra Jorden, jo mindre forstørret er denne effekt. Når du kommer langt nok væk fra Jorden, er de relative virkninger af orbitalmekanik så lave, at du kan navigere som om du driver dit rumskib i det dybe rum.

hvordan man skriver et plotresumé

Hvordan fungerer Hohmann-overførslen?

Hohmann-overførslen er den mest anvendte metode til at flytte et rumskib fra en lavere bane til en højere.

I 1920'erne beregnet den tyske ingeniør Walter Hohmann, inspireret af science fiction, den mest effektive måde at flytte til en højere bane.

• Hohmann-overførslen fungerer ved at affyre raketmotorer en gang på et bestemt tidspunkt i den nedre bane. Denne fyring tilføjer energi til kredsløbet og driver rumskibet længere væk fra Jorden og ændrer sin bane fra en cirkulær bane til en oval formet bane.
• På det punkt i den nye ovale bane, hvor rumskibet er længst væk fra Jorden, skyder besætningen raketens motorer igen, og den ovale bane forvandles tilbage til en cirkel - denne længere væk fra Jorden end den sidste.

Hohmann-overførslen er industristandarden for den mest energieffektive orbitale overførsel, og den gælder uanset hvor langt ud i rummet du rejser. Hvis et rumskib i kredsløb fyrer sin motor længe nok, vil det til sidst gå hurtigt nok til at flyve ud i det dybe rum og undslippe planetens tyngdekraft. Denne hastighed, kaldet flugthastighed, er simpelthen kvadratroden på 2 eller 41% hurtigere end orbitalhastighed.

hvordan adskiller en videnskabelig lov sig fra en videnskabelig teori

Hvordan finder Hohmann-overførslen anvendelse på den internationale rumstation?

Hohmann-overførslen bruges af besætningen på den internationale rumstation (ISS). På grund af små stykker luft omkring ISS trækkes stationen tilbage mod Jorden lige så lidt, som den kredser om. For at undgå en fortsat spiral indad til Jorden skal besætningen ombord på ISS eller Mission Control skyde sine motorer så ofte for at flytte den ind i en højere bane.

Hvordan anvendes Hohmann-overførslen til interplanetarisk rejse?

Lad os sige, at du prøver at sende et rumfartøj fra Jorden til Mars, og du vil gøre det så effektivt som muligt. For at opnå dette udnytter forskere det faktum, at rumfartøjet er allerede i kredsløb inden den starter. Hvordan er dette sandt? Årsagen er, at rumfartøjet sidder på Jorden, og Jorden kredser om solen.

Mars kredser også om solen, men i en meget større afstand (eller højde over solen). Forskere bruger de jordiske og Mars-baner til at fastslå, hvad der er kendt som et perihelion og et aphelion.

• Periheliet (nærmeste tilgang til solen) vil være i afstand af Jordens bane
• Aphelion (længst væk fra solen) vil være i afstand af Mars 'bane

Forskere designer en bane til raketten, der vil inkludere begge periheliet og aphelion. Med andre ord vil raketten i en enkelt bane af solen falde sammen med jordens bane i starten af ​​rejsen og falde sammen med Mars 'bane i slutningen af ​​rejsen. Dette er kendt som en Hohmann Transfer-bane. Den specifikke del af rakets solbane, der fører den fra Jorden til Mars, kaldes dens bane.

Lær mere om udforskning af rummet i den tidligere astronaut Chris Hadfields MasterClass.

MasterClass

Foreslået til dig

Online klasser undervist af verdens største sind. Udvid din viden i disse kategorier.

Underviser rumforskning

hvordan man laver en hardcover bog

Underviser bevarelse

Underviser videnskabelig tænkning og kommunikation

Underviser videnskaben om bedre søvn