Què és la transferència Hohmann? Càlcul de la transferència Hohmann per a òrbites

Les naus espacials i els satèl·lits s’utilitzen sovint per orbitar els cossos celestes, ja sigui la lluna, un planeta distant o la mateixa Terra. Però no totes les òrbites són iguals. Les òrbites a baixa altitud requereixen velocitats i despeses d’energia diferents que les òrbites a gran altitud. Una vegada que un objecte orbita a una altitud específica, les lleis d’inèrcia fan que sigui molt fàcil mantenir aquesta òrbita. Però canviar l'altitud de l'òrbita és bastant complicat. Afortunadament, els físics moderns tenen un mètode per fer possible tal cosa: la transferència de Hohmann.

Vés a la secció

• Què és la transferència Hohmann?
• Com funciona la transferència Hohmann?
• Com s'aplica la transferència Hohmann a l'estació espacial internacional?
• Com s'aplica la transferència Hohmann als viatges interplanetaris?
• Més informació sobre la MasterClass de Chris Hadfield

L’ex comandant de l’Estació Espacial Internacional us ensenya la ciència de l’exploració espacial i el futur que us espera.

Què és la transferència Hohmann?

La transferència Hohmann és un sistema de llançament de coets que els físics utilitzen per moure una nau espacial a una altitud d’òrbita diferent. Per entendre com funciona la transferència de Hohmann, és important entendre el principi més ampli de la mecànica orbital.

La mecànica orbital és un terme per a les matemàtiques mitjançant el qual una nau espacial canvia d’òrbita. Per als objectes que estan en òrbita, com més a prop estan de l’objecte que orbiten, més ràpid viatjaran al seu voltant. Això s'aplica a qualsevol objecte que orbita al voltant d'un altre:

• Terra orbitant al voltant del sol
• La lluna orbitant al voltant de la Terra
• Una nau espacial que orbita al voltant d’un planeta

En la mecànica orbital, els conceptes d’acceleració i desacceleració són complexos i contraintuïtius. En òrbita, disparar els motors cap endavant us mou cap endavant cap a una òrbita més alta, la qual cosa vol dir que reduïu la velocitat, perquè els objectes d’una òrbita més alta es mouen més lentament. Per anar més ràpid cal desaccelerar-se i caure en una òrbita inferior.

Com més lluny estigueu de la Terra, menys magnífic serà aquest efecte. Quan s’allunya prou de la Terra, els efectes relatius de la mecànica orbital són tan baixos que es pot navegar com si estigués operant la seva nau espacial a l’espai profund.

com esbrinar el teu estil

Com funciona la transferència Hohmann?

La transferència de Hohmann és el mètode més utilitzat per moure una nau espacial d'una òrbita inferior a una superior.

com fer que una dona es sotmeti sexualment

A la dècada de 1920, l'enginyer alemany Walter Hohmann, inspirat en la ciència ficció, va calcular la manera més eficient de passar a una òrbita superior.

• La transferència Hohmann funciona disparant els motors de coets una vegada en un punt determinat de l'òrbita inferior. Aquest tret afegeix energia a l'òrbita i propulsa la nau espacial més lluny de la Terra, canviant la seva òrbita d'una òrbita circular a una òrbita de forma ovalada.
• En el moment d’aquella nova òrbita oval en què la nau espacial està més allunyada de la Terra, la tripulació torna a disparar els motors del coet i l’òrbita oval es torna a fer un cercle, aquest més lluny de la Terra que l’anterior.

La transferència Hohmann és l’estàndard de la indústria per a la transferència orbital més eficaç energèticament i s’aplica independentment de l’espai en què viatgeu. Si una nau espacial en òrbita dispara el motor prou temps, finalment anirà prou ràpid per volar cap a l’espai profund, escapant de la gravetat del planeta. Aquesta velocitat, anomenada velocitat d’escapament, és simplement l’arrel quadrada de 2, o un 41% més ràpida que la velocitat orbital.

Com s'aplica la transferència Hohmann a l'estació espacial internacional?

El trasllat Hohmann l’utilitza la tripulació de l’Estació Espacial Internacional (ISS). A causa dels petits trossos d'aire al voltant de l'ISS, l'estació es retira cap a la Terra tan lleugerament com orbita. Per tal d'evitar una espiral continuada cap a la Terra, la tripulació a bord de la ISS o Mission Control ha de disparar els seus motors cada cert temps per moure-la a una òrbita superior.

Com s'aplica la transferència Hohmann als viatges interplanetaris?

Suposem que proveu d’enviar una nau espacial de la Terra a Mart i que voleu fer-ho de la manera més eficient possible. Per aconseguir-ho, els científics aprofiten el fet que la nau espacial ho és ja en òrbita abans que es llanci. Com és cert? La raó és que la nau espacial s’assenta a la Terra i la Terra orbita al voltant del sol.

Mart també orbita al voltant del sol, però a una distància (o altitud per sobre del sol) molt més gran. Els científics utilitzen les òrbites terrestres i marcianes per establir el que es coneix com a periheli i afeli.

• El periheli (aproximació més propera al sol) estarà a la distància de l’òrbita de la Terra
• L’afeli (la distància més llunyana del sol) estarà a la distància de l’òrbita de Mart

Els científics dissenyen una òrbita per al coet que inclourà tots dos el periheli i l’afeli. Dit d’una altra manera, el coet, en una única òrbita del sol, coincidirà amb l’òrbita de la Terra al començament del seu viatge i coincidirà amb l’òrbita de Mart al final del seu viatge. Això es coneix com una òrbita de transferència Hohmann. La part específica de l’òrbita solar del coet que el porta de la Terra a Mart s’anomena trajectòria.

Obteniu més informació sobre l’exploració espacial a la MasterClass de l’antic astronauta Chris Hadfield.

què vol dir rostir al forn

Classe magistral

Suggerit per a vosaltres

Classes en línia impartides per les ments més grans del món. Amplieu els vostres coneixements en aquestes categories.

Ensenya exploració espacial

Ensenya Conservació

Imparteix pensament científic i comunicació

Ensenya la ciència d’un millor son