Čo je prevod Hohmann? Výpočet Hohmannovho prevodu pre obežné dráhy

Kozmické lode a satelity sa často používajú na obežnú dráhu nebeských telies, či už je to mesiac, vzdialená planéta alebo samotná Zem. Ale nie všetky dráhy sú rovnaké. Dráhy v nízkych nadmorských výškach vyžadujú inú rýchlosť a výdavky na energiu ako dráhy vo vysokých nadmorských výškach. Akonáhle objekt obieha v konkrétnej nadmorskej výške, zákony zotrvačnosti veľmi uľahčujú udržiavanie tejto obežnej dráhy. Zmena výšky obežnej dráhy je ale dosť komplikovaná. Našťastie moderní fyzici majú metódu, ktorá umožňuje také niečo: Hohmannov prevod.

Preskočiť na sekciu

• Čo je prevod Hohmann?
• Ako funguje prevod Hohmann?
• Ako sa transfer Hohmann vzťahuje na medzinárodnú vesmírnu stanicu?
• Ako sa transfer Hohmann uplatňuje na medziplanetárne cestovanie?
• Viac informácií o MasterClass Chrisa Hadfielda

Bývalý veliteľ Medzinárodnej vesmírnej stanice vás naučí vedu o výskume vesmíru a tom, čo prinesie budúcnosť.

Čo je prevod Hohmann?

Hohmannov prenos je systém odpaľovania rakiet, ktorý fyzici používajú na presun kozmickej lode na inú výšku obežnej dráhy. Aby ste pochopili, ako funguje Hohmannov prenos, je dôležité pochopiť širší princíp orbitálnej mechaniky.

Orbitálna mechanika je výraz pre matematiku, ktorým vesmírna loď mení obežnú dráhu. Pre objekty, ktoré sú na obežnej dráhe, čím bližšie sú k objektu, ktorý obiehajú, tým rýchlejšie okolo neho budú cestovať. To platí pre akýkoľvek objekt obiehajúci okolo iného:

• Zem obiehajúca okolo Slnka
• Mesiac obiehajúci okolo Zeme
• Vesmírna loď obiehajúca okolo planéty

V orbitálnej mechanike sú koncepty zrýchlenia a spomalenia zložité a neintuitívne. Na obežnej dráhe vás streľba motorov spredu posúva vpred na vyššiu obežnú dráhu, čo v skutočnosti znamená, že spomalíte, pretože objekty na vyššej obežnej dráhe sa pohybujú pomalšie. Aby ste išli rýchlejšie, musíte spomaliť a spadnúť na nižšiu obežnú dráhu.

Čím ďalej ste od Zeme, tým menej je tento efekt zväčšený. Keď sa dostanete dostatočne ďaleko od Zeme, sú relatívne účinky orbitálnej mechaniky také nízke, že sa môžete pohybovať, akoby ste svoju vesmírnu loď prevádzkovali v hlbokom vesmíre.

drobné ovocie, ktoré pripomína pomaranč

Ako funguje prevod Hohmann?

Hohmannov prenos je najbežnejšie používanou metódou na presun vesmírnej lode z nižšej obežnej dráhy na vyššiu.

V 20. rokoch vypočítal nemecký inžinier Walter Hohmann, inšpirovaný sci-fi, najefektívnejší spôsob pohybu na vyššiu obežnú dráhu.

• Hohmannov prevod funguje tak, že raketové motory vystrelí raz v určitom bode dolnej obežnej dráhy. Táto streľba dodáva na obežnú dráhu energiu a poháňa vesmírnu loď ďalej od Zeme a mení jej dráhu z kruhovej na dráhu oválneho tvaru.
• V bode novej oválnej obežnej dráhy, kde je vesmírna loď najďalej od Zeme, posádka znovu vystrelí motory rakety a oválna obežná dráha sa zmení späť na kruh - tento ďalej od Zeme ako posledný.

Prenos Hohmann je priemyselný štandard pre energeticky najefektívnejší orbitálny prenos a platí bez ohľadu na to, ako ďaleko do vesmíru cestujete. Ak kozmická loď na obežnej dráhe vystrelí svoj motor dostatočne dlho, nakoniec pôjde dostatočne rýchlo, aby odletela do hlbokého vesmíru a unikla gravitácii planéty. Táto rýchlosť, nazývaná úniková rýchlosť, je druhá odmocnina z 2 alebo o 41% rýchlejšia ako orbitálna rýchlosť.

ako používate teplomer na mäso

Ako sa transfer Hohmann vzťahuje na medzinárodnú vesmírnu stanicu?

Transfer Hohmann využíva posádka Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS). Kvôli malým kúskom vzduchu okolo ISS sa stanica natiahne späť k Zemi tak mierne, ako obieha. Aby sa zabránilo pokračovaniu špirály dovnútra Zeme, musí posádka na palube ISS alebo Mission Control každý raz tak často vystreľovať svoje motory, aby ju presunula na vyššiu obežnú dráhu.

Ako sa transfer Hohmann uplatňuje na medziplanetárne cestovanie?

Povedzme, že sa pokúšate vyslať kozmickú loď zo Zeme na Mars a chcete to robiť čo najefektívnejšie. Na dosiahnutie tohto cieľa vedci využívajú skutočnosť, že kozmická loď je už na obežnej dráhe pred spustením. Ako je to pravda? Dôvod je ten, že kozmická loď sedí na Zemi a Zem obieha okolo Slnka.

Mars tiež obieha okolo Slnka, ale v oveľa väčšej vzdialenosti (alebo nadmorskej výške nad slnkom). Vedci používajú pozemské a marťanské dráhy na vytvorenie takzvaného perihélia a afélia.

• Perihélium (najbližšie k slnku) bude vo vzdialenosti obežnej dráhy Zeme
• Afélium (najvzdialenejšia vzdialenosť od Slnka) bude vo vzdialenosti obežnej dráhy Marsu

Vedci navrhnú obežnú dráhu pre raketu, ktorá bude obsahovať oboje perihélium a afélium. Inými slovami, raketa sa bude na jednej obežnej dráhe slnka zhodovať s obežnou dráhou Zeme na začiatku svojej cesty a bude sa zhodovať s obežnou dráhou Marsu na konci svojej cesty. Toto je známe ako obežná dráha Hohmann Transfer. Konkrétna časť slnečnej dráhy rakety, ktorá ju vedie zo Zeme na Mars, sa nazýva jej dráha.

Získajte viac informácií o výskume vesmíru v MasterClass bývalého astronauta Chrisa Hadfielda.

MasterClass

Navrhnuté pre vás

Online kurzy vyučované tými najväčšími na svete. Rozšírte svoje vedomosti v týchto kategóriách.

Učí prieskum vesmíru

ako vydať knihu básní

Učí zachovanie

Učí vedecké myslenie a komunikáciu

Učí vedu o lepšom spánku