Mis on Hohmanni ülekanne? Hohmanni ülekande arvutamine orbiitide jaoks

Kosmoselaevu ja satelliite kasutatakse sageli taevakehade orbiidil, olgu selleks kuu, kauge planeet või Maa ise. Kuid kõik orbiidid pole ühesugused. Väikese kõrgusega orbiidid vajavad teistsugust kiirust ja energiakulu kui orbiidid kõrgel. Kui objekt tiirleb kindlal kõrgusel, teevad inertsiseadused selle orbiidi ülalpidamise väga lihtsaks. Kuid orbiidi kõrguse muutmine on üsna keeruline. Õnneks on tänapäeva füüsikutel meetod sellise asja võimaldamiseks: Hohmanni ülekanne.

Hüppa jaotisse

• Mis on Hohmanni ülekanne?
• Kuidas Hohmanni ülekanne töötab?
• Kuidas kehtib Hohmanni ülekanne rahvusvahelisele kosmosejaamale?
• Kuidas rakendatakse Hohmanni ülekannet planeetidevahelisele reisimisele?
• Lisateave Chris Hadfieldi MasterClassi kohta

Rahvusvahelise kosmosejaama endine ülem õpetab teile kosmoseuuringute teadust ja tulevikku.

Mis on Hohmanni ülekanne?

Hohmanni ülekanne on rakettide laskmise süsteem, mida füüsikud kasutavad kosmoseaparaadi teisele orbiidi kõrgusele viimiseks. Hohmanni ülekande mõistmiseks on oluline mõista orbiidi mehaanika laiemat põhimõtet.

Orbitaalmehaanika on matemaatika termin, mille abil kosmoselaev muudab orbiiti. Kui orbiidil olevad objektid on orbiidil olevale objektile lähemal, seda kiiremini nad selle ümber rändavad. See kehtib kõigi objektide kohta, mis tiirlevad ümber teise:

• Maa tiirleb ümber päikese
• Maa ümber tiirlev kuu
• Planeetil tiirlev kosmoselaev

Orbiidimehaanikas on kiirendamise ja aeglustamise mõisted keerukad ja vastukäivad. Orbiidil liigutab mootorid ettepoole tulistades edasi kõrgemale orbiidile, mis tegelikult tähendab, et aeglustad kiirust, sest kõrgemal orbiidil olevad objektid liiguvad aeglasemalt. Kiiremaks liikumiseks peate aeglustuma ja langema madalamale orbiidile.

Mida kaugemal olete Maast, seda vähem on seda efekti suurendatud. Kui jõuate Maast piisavalt kaugele, on orbiidimehaanika suhteline mõju nii madal, et saate navigeerida, nagu käitaksite oma kosmoselaeva sügavas kosmoses.

mitu silpi on haikus

Kuidas Hohmanni ülekanne töötab?

Hohmanni ülekanne on kõige sagedamini kasutatav viis kosmoselaeva viimiseks madalamalt orbiidilt kõrgemale.

kuidas alustada rõivabrändi loomist nullist

1920. aastatel arvutas saksa insener Walter Hohmann ulmest inspireerituna kõige tõhusama viisi kõrgemale orbiidile liikumiseks.

• Hohmanni ülekanne töötab raketimootoritega ühe korra madalama orbiidi teatud punktis. See tulistamine lisab orbiidile energiat ja ajab kosmoselaeva Maast kaugemale, muutes selle orbiidi ringikujulisest orbiidist ovaalse kujuga orbiidiks.
• Selle uue ovaalse orbiidi punktis, kus kosmoselaev on Maast kõige kaugemal, laseb meeskond uuesti raketi mootorid ja ovaalne orbiit pöördub tagasi ringiks - see on Maast kaugemal kui viimane.

Hohmanni ülekanne on kõige energiatõhusama orbiidi ülekande tööstusharu standard ja see kehtib olenemata sellest, kui kaugele kosmosesse te reisite. Kui orbiidil olev kosmoselaev laseb oma mootori piisavalt kaua tööle, läheb see lõpuks piisavalt kiiresti, et lennata planeedi raskusastmest sügavale kosmosesse. See kiirus, mida nimetatakse põgenemiskiiruseks, on lihtsalt ruutjuur 2-st ehk 41% kiirem kui orbiidi kiirus.

Kuidas kehtib Hohmanni ülekanne rahvusvahelisele kosmosejaamale?

Hohmanni ülekannet kasutab rahvusvahelise kosmosejaama (ISS) meeskond. ISS-i ümbritsevate väikeste õhuhulkade tõttu tõmmatakse jaam Maa poole tagasi nii kergelt, kui see tiirleb. Vältimaks jätkuvat spiraali sissepoole Maale, peab ISS-i või missioonijuhtimise pardal olev meeskond iga kord nii tihti oma mootoreid käivitama, et see kõrgemale orbiidile viia.

Kuidas rakendatakse Hohmanni ülekannet planeetidevahelisele reisimisele?

Oletame, et proovite saata kosmoseaparaati Maalt Marsile ja soovite seda teha võimalikult tõhusalt. Selle saavutamiseks kasutavad teadlased ära seda, et kosmoseaparaat on juba orbiidil enne selle käivitamist. Kuidas see tõsi on? Põhjuseks on see, et kosmoseaparaat istub Maal ja Maa tiirleb ümber päikese.

Marss tiirleb ka päikese ümber, kuid palju suuremal kaugusel (või kõrgusel päikese kohal). Teadlased kasutavad maiseid ja marsilisi orbiite, et teha kindlaks nn periheelion ja afeel.

• Periheel (lähim lähenemine päikesele) asub Maa orbiidi kaugusel
• Afelion (kõige kaugem päikesest) jääb Marsi orbiidi kaugusele

Teadlased kavandavad raketi orbiiti, mis hõlmab ka seda mõlemad periheelion ja afelion. Teisisõnu langeb rakett ühes päikese orbiidis kokku reisi orbiidil Maa orbiidiga ja reisi lõpus Marsi orbiidiga. Seda nimetatakse Hohmanni ülekande orbiidiks. Raketi päikeseorbiidi konkreetset osa, mis viib selle Maalt Marsile, nimetatakse selle trajektooriks.

Lisateavet kosmoseuuringute kohta leiate endise astronaudi Chris Hadfieldi MasterClassist.

kui pikk peaks olema isiklik narratiiv

MasterClass

Teile soovitatud

Veebitunnid, mida õpetavad maailma suurimad meeled. Laiendage oma teadmisi nendes kategooriates.

Õpetab kosmoseuuringuid

Õpetab konserveerimist

Õpetab teaduslikku mõtlemist ja suhtlemist

Õpetab parema une teadust