Chuyển nhượng Hohmann là gì? Tính toán chuyển Hohmann cho quỹ đạo

Tàu vũ trụ và vệ tinh thường được sử dụng để quay quanh các thiên thể, cho dù đó là mặt trăng, một hành tinh xa xôi hay chính Trái đất. Nhưng không phải tất cả các quỹ đạo đều giống nhau. Quỹ đạo ở độ cao thấp đòi hỏi tốc độ và tiêu hao năng lượng khác với quỹ đạo ở độ cao lớn. Một khi một vật thể quay quanh ở một độ cao cụ thể, định luật quán tính làm cho nó rất dễ dàng duy trì quỹ đạo đó. Nhưng việc thay đổi độ cao của quỹ đạo khá phức tạp. May mắn thay, các nhà vật lý hiện đại có một phương pháp để biến điều đó thành khả thi: chuyển Hohmann.

Chuyển đến phần

• Chuyển nhượng Hohmann là gì?
• Hohmann Transfer hoạt động như thế nào?
• Làm thế nào để chuyển Hohmann đến Trạm vũ trụ quốc tế?
• Chuyển Hohmann được áp dụng cho du lịch liên hành tinh như thế nào?
• Tìm hiểu thêm về MasterClass của Chris Hadfield

Cựu chỉ huy của Trạm Vũ trụ Quốc tế dạy bạn khoa học về khám phá không gian và những gì tương lai nắm giữ.

Chuyển nhượng Hohmann là gì?

Hohmann chuyển giao là một hệ thống bắn tên lửa mà các nhà vật lý sử dụng để di chuyển một tàu vũ trụ vào một độ cao khác của quỹ đạo. Để hiểu cách chuyển Hohmann hoạt động, điều quan trọng là phải hiểu nguyên lý rộng hơn của cơ học quỹ đạo.

Cơ học quỹ đạo là một thuật ngữ chỉ toán học mà tàu vũ trụ thay đổi quỹ đạo. Đối với các vật thể đang ở trong quỹ đạo, chúng càng gần vật thể mà chúng quay quanh quỹ đạo thì chúng sẽ chuyển động xung quanh nó càng nhanh. Điều này áp dụng cho bất kỳ vật thể nào quay quanh một vật thể khác:

• Trái đất quay quanh mặt trời
• Mặt trăng quay quanh Trái đất
• Một con tàu vũ trụ quay quanh một hành tinh

Trong cơ học quỹ đạo, khái niệm tăng tốc và giảm tốc rất phức tạp và phản trực giác. Trong quỹ đạo, việc bắn động cơ của bạn về phía trước sẽ đưa bạn tiến lên quỹ đạo cao hơn, điều này thực sự có nghĩa là bạn giảm tốc độ, vì các vật thể ở quỹ đạo cao hơn di chuyển chậm hơn. Để đi nhanh hơn, bạn cần giảm tốc độ và rơi vào quỹ đạo thấp hơn.

Bạn càng ở xa Trái đất, hiệu ứng này càng ít được phóng đại hơn. Khi bạn cách xa Trái đất đủ xa, tác động tương đối của cơ học quỹ đạo thấp đến mức bạn có thể điều hướng như thể bạn đang vận hành tàu vũ trụ của mình trong không gian sâu thẳm.

có bao nhiêu âm tiết trong một bài haiku

Hohmann Transfer hoạt động như thế nào?

Phép chuyển Hohmann là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để di chuyển tàu vũ trụ từ quỹ đạo thấp hơn lên quỹ đạo cao hơn.

Vào những năm 1920, kỹ sư người Đức Walter Hohmann, lấy cảm hứng từ khoa học viễn tưởng, đã tính toán cách hiệu quả nhất để di chuyển lên quỹ đạo cao hơn.

• Chuyển động Hohmann hoạt động bằng cách bắn các động cơ tên lửa một lần vào một điểm nhất định trong quỹ đạo thấp hơn. Việc bắn này bổ sung năng lượng cho quỹ đạo và đẩy tàu vũ trụ ra xa Trái đất hơn, thay đổi quỹ đạo của nó từ quỹ đạo tròn sang quỹ đạo hình bầu dục.
• Tại thời điểm trên quỹ đạo hình bầu dục mới mà tàu vũ trụ ở xa Trái đất nhất, phi hành đoàn kích hoạt động cơ của tên lửa một lần nữa và quỹ đạo hình bầu dục quay trở lại thành một vòng tròn — quỹ đạo này xa Trái đất hơn so với quỹ đạo trước.

Chuyển động Hohmann là tiêu chuẩn công nghiệp để chuyển quỹ đạo tiết kiệm năng lượng nhất và nó áp dụng cho dù bạn đang du hành trong không gian bao xa. Nếu một con tàu vũ trụ trên quỹ đạo kích hoạt động cơ của nó đủ lâu, thì cuối cùng nó sẽ bay đủ nhanh để bay vào không gian sâu, thoát khỏi lực hấp dẫn của hành tinh. Tốc độ đó, được gọi là vận tốc thoát, đơn giản là căn bậc hai của 2, hoặc nhanh hơn 41% so với tốc độ quỹ đạo.

Làm thế nào để chuyển Hohmann đến Trạm vũ trụ quốc tế?

Việc chuyển tàu Hohmann được sử dụng bởi phi hành đoàn của Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Do có một lượng nhỏ không khí xung quanh ISS, trạm bị kéo lùi về phía Trái đất một chút khi nó quay quanh. Để tránh một vòng xoáy tiếp tục đi vào Trái đất, phi hành đoàn trên ISS hoặc Mission Control thường xuyên phải kích hoạt động cơ của nó để di chuyển nó lên quỹ đạo cao hơn.

bạn sử dụng gì để tạo đường nét cho khuôn mặt của bạn

Chuyển Hohmann được áp dụng cho du lịch liên hành tinh như thế nào?

Giả sử bạn đang cố gắng gửi một tàu vũ trụ từ Trái đất đến sao Hỏa và bạn muốn làm điều đó một cách hiệu quả nhất có thể. Để thực hiện điều này, các nhà khoa học tận dụng lợi thế của thực tế là tàu vũ trụ đã vào quỹ đạo trước khi nó ra mắt. Làm thế nào là điều này đúng? Nguyên nhân là do tàu vũ trụ nằm trên Trái đất, và Trái đất quay quanh mặt trời.

Sao Hỏa cũng quay quanh mặt trời, nhưng ở khoảng cách xa hơn nhiều (hoặc độ cao so với mặt trời). Các nhà khoa học sử dụng quỹ đạo Trái đất và sao Hỏa để thiết lập cái được gọi là điểm cận nhật và điểm cận nhật.

• Điểm cận nhật (cách tiếp cận gần nhất với mặt trời) sẽ ở khoảng cách với quỹ đạo của Trái đất
• Điểm cận nhật (khoảng cách xa nhất so với mặt trời) sẽ ở khoảng cách quỹ đạo của sao Hỏa

Các nhà khoa học thiết kế quỹ đạo cho tên lửa sẽ bao gồm cả hai điểm cận nhật và sự viễn vông. Nói cách khác, tên lửa, trong một quỹ đạo duy nhất của mặt trời, sẽ trùng với quỹ đạo của Trái đất khi bắt đầu hành trình và sẽ trùng với quỹ đạo của Sao Hỏa vào cuối hành trình. Đây được gọi là quỹ đạo chuyển Hohmann. Phần cụ thể của quỹ đạo mặt trời của tên lửa đưa nó từ Trái đất đến sao Hỏa được gọi là quỹ đạo của nó.

Tìm hiểu thêm về khám phá không gian trong MasterClass của cựu phi hành gia Chris Hadfield.

Lớp học thạc sĩ

Được đề xuất cho bạn

Các lớp học trực tuyến do những bộ óc vĩ đại nhất thế giới giảng dạy. Mở rộng kiến ​​thức của bạn trong các danh mục này.

Dạy khám phá không gian

Dạy bảo tồn

cách tạo chỉ mục cho một cuốn sách

Dạy tư duy khoa học và giao tiếp

Dạy khoa học về giấc ngủ ngon hơn