Co je Hohmann Transfer? Výpočet Hohmannova převodu pro oběžné dráhy

Kosmické lodě a satelity se často používají k obíhání nebeských těles, ať už jde o měsíc, vzdálenou planetu nebo samotnou Zemi. Ale ne všechny dráhy jsou stejné. Dráhy v nízkých nadmořských výškách vyžadují jinou rychlost a výdaje energie než oběžné dráhy ve vysokých nadmořských výškách. Jakmile objekt obíhá v určité nadmořské výšce, zákony setrvačnosti velmi usnadňují udržení této oběžné dráhy. Změna výšky oběžné dráhy je ale docela komplikovaná. Naštěstí moderní fyzici mají metodu, jak něco takového umožnit: Hohmannův převod.

Přejít na sekci

• Co je Hohmann Transfer?
• Jak funguje Hohmann Transfer?
• Jak se převod Hohmann vztahuje na mezinárodní vesmírnou stanici?
• Jak se transfer Hohmann vztahuje na meziplanetární cestování?
• Další informace o mistrovské třídě Chrisa Hadfielda

Bývalý velitel Mezinárodní vesmírné stanice vás naučí vědu o průzkumu vesmíru a o tom, co přinese budoucnost.

Co je Hohmann Transfer?

Přenos Hohmann je systém odpalování raket, který fyzici používají k přesunu kosmické lodi do jiné výšky oběžné dráhy. Abychom pochopili, jak Hohmannův přenos funguje, je důležité pochopit širší princip orbitální mechaniky.

Orbitální mechanika je termín pro matematiku, kterým vesmírná loď mění oběžnou dráhu. U objektů, které jsou na oběžné dráze, čím blíže jsou k objektu, který obíhají, tím rychleji kolem něj budou cestovat. To platí pro jakýkoli objekt obíhající kolem jiného:

• Země obíhající kolem Slunce
• Měsíc obíhající kolem Země
• Kosmická loď obíhající kolem planety

V orbitální mechanice jsou pojmy zrychlení a zpomalení složité a neintuitivní. Na oběžné dráze vás střelba motorů vpřed posune dopředu na vyšší oběžnou dráhu, což ve skutečnosti znamená, že zpomalíte, protože objekty na vyšší oběžné dráze se pohybují pomaleji. Abyste mohli jet rychleji, musíte zpomalit a spadnout na nižší oběžnou dráhu.

Čím dále jste od Země, tím méně je tento efekt zvětšen. Když se dostanete dostatečně daleko od Země, jsou relativní účinky orbitální mechaniky tak nízké, že se můžete pohybovat, jako byste operovali svou vesmírnou loď v hlubokém vesmíru.

co je mat v šachu

Jak funguje Hohmann Transfer?

Převod Hohmann je nejběžněji používanou metodou pro přesun vesmírné lodi z nižší oběžné dráhy na vyšší.

jak psát akce do skriptu

Ve 20. letech vypočítal německý inženýr Walter Hohmann, inspirovaný sci-fi, nejefektivnější způsob, jak přejít na vyšší oběžnou dráhu.

• Přenos Hohmann funguje tak, že raketové motory vystřelí jednou v určitém bodě na nižší oběžné dráze. Tato palba dodává energii na oběžnou dráhu a pohání vesmírnou loď dále od Země a mění její oběžnou dráhu z kruhové na oběžnou dráhu oválného tvaru.
• V bodě nové oválné oběžné dráhy, kde je kosmická loď nejvzdálenější od Země, posádka znovu vystřelí raketové motory a oválná oběžná dráha se otočí zpět do kruhu - ten dále od Země než ten poslední.

Přenos Hohmann je průmyslovým standardem pro energeticky nejúčinnější orbitální přenos a platí bez ohledu na to, jak daleko do vesmíru cestujete. Pokud kosmická loď na oběžné dráze vystřelí svůj motor dostatečně dlouho, nakonec půjde dostatečně rychle, aby odletěla do hlubokého vesmíru a unikla gravitaci planety. Tato rychlost, nazývaná úniková rychlost, je jednoduše druhá odmocnina 2, nebo o 41% rychlejší než orbitální rychlost.

Jak se převod Hohmann vztahuje na mezinárodní vesmírnou stanici?

Transfer Hohmann využívá posádka Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Kvůli malým kouskům vzduchu kolem ISS se stanice přitahuje zpět k Zemi, a to tak lehce, jak obíhá. Aby se zabránilo pokračující spirále dovnitř na Zemi, musí posádka na palubě ISS nebo Mission Control každý čas střílet ze svých motorů, aby ji přesunula na vyšší oběžnou dráhu.

Jak se transfer Hohmann vztahuje na meziplanetární cestování?

Řekněme, že se pokoušíte vyslat kosmickou loď ze Země na Mars, a chcete to udělat co nejúčinněji. K dosažení tohoto cíle využívají vědci skutečnosti, že kosmická loď je již na oběžné dráze před spuštěním. Jak je to pravda? Důvodem je, že kosmická loď sedí na Zemi a Země obíhá kolem Slunce.

Mars také obíhá kolem Slunce, ale v mnohem větší vzdálenosti (nebo nadmořské výšce nad sluncem). Vědci používají pozemské a marťanské dráhy k vytvoření takzvaného perihelionu a afhelionu.

• Perihelion (nejbližší přístup ke slunci) bude ve vzdálenosti oběžné dráhy Země
• Afelion (nejvzdálenější vzdálenost od slunce) bude ve vzdálenosti oběžné dráhy Marsu

Vědci navrhnou oběžnou dráhu pro raketu, která bude zahrnovat oba perihelion a afélium. Jinými slovy, raketa se na jedné oběžné dráze Slunce bude shodovat s oběžnou dráhou Země na začátku své cesty a bude se shodovat s oběžnou dráhou Marsu na konci své cesty. Toto je známé jako oběžná dráha Hohmann Transfer. Specifická část sluneční oběžné dráhy rakety, která ji vede ze Země na Mars, se nazývá její trajektorie.

Zjistěte více o průzkumu vesmíru v MasterClass bývalého astronauta Chrise Hadfielda.

jak si vytvořit vlastní značku oblečení

Mistrovská třída

Navrženo pro vás

Online kurzy vyučované těmi největšími světovými mozky. Rozšiřte své znalosti v těchto kategoriích.

Učí průzkum vesmíru

Učí konzervování

Učí vědecké myšlení a komunikaci

Učí vědu o lepším spánku