Wat is de Hohmann-overdracht? De Hohmann-overdracht voor banen berekenen

Ruimteschepen en satellieten worden vaak gebruikt om om hemellichamen te cirkelen, of dat nu de maan, een verre planeet of de aarde zelf is. Maar niet alle banen zijn hetzelfde. Baanbanen op lage hoogte vereisen andere snelheden en energieverbruik dan banen op grote hoogte. Als een object eenmaal op een bepaalde hoogte in een baan om de aarde draait, maken de traagheidswetten het heel gemakkelijk om die baan te behouden. Maar het veranderen van de hoogte van de baan is behoorlijk ingewikkeld. Gelukkig hebben moderne natuurkundigen een methode om zoiets mogelijk te maken: de Hohmann-overdracht.

Ga naar sectie

• Wat is de Hohmann-overdracht?
• Hoe werkt de Hohmann-overdracht?
• Hoe is de Hohmann-overdracht van toepassing op het internationale ruimtestation?
• Hoe wordt de Hohmann-overdracht toegepast op interplanetair reizen?
• Meer informatie over de MasterClass van Chris Hadfield

De voormalige commandant van het International Space Station leert je de wetenschap van verkenning van de ruimte en wat de toekomst in petto heeft.

Wat is de Hohmann-overdracht?

De Hohmann-overdracht is een systeem van afvuren van raketten dat natuurkundigen gebruiken om een ​​ruimtevaartuig in een andere baanhoogte te brengen. Om te begrijpen hoe de Hohmann-overdracht werkt, is het belangrijk om het bredere principe van orbitale mechanica te begrijpen.

Orbitale mechanica is een term voor de wiskunde waarmee een ruimteschip van baan verandert. Voor objecten die zich in een baan om de aarde bevinden, geldt: hoe dichter ze bij het object zijn waar ze omheen draaien, hoe sneller ze eromheen zullen reizen. Dit is van toepassing op elk object dat om een ​​ander draait:

• Aarde in een baan om de zon
• De maan in een baan om de aarde
• Een ruimteschip in een baan om een ​​planeet

In de orbitale mechanica zijn de concepten van versnellen en vertragen complex en contra-intuïtief. In een baan om de aarde brengt het voorwaarts afvuren van je motoren je vooruit in een hogere baan, wat in feite betekent dat je langzamer gaat, omdat objecten in een hogere baan langzamer bewegen. Om sneller te gaan, moet je vertragen en in een lagere baan vallen.

Hoe verder je van de aarde verwijderd bent, hoe minder versterkt dit effect is. Wanneer je ver genoeg van de aarde verwijderd bent, zijn de relatieve effecten van orbitale mechanica zo laag dat je kunt navigeren alsof je je ruimteschip in de verre ruimte bestuurt.

hoe schrijf je een non-fictieboek?

Hoe werkt de Hohmann-overdracht?

De Hohmann-overdracht is de meest gebruikte methode om een ​​ruimteschip van een lagere baan naar een hogere baan te verplaatsen.

In de jaren twintig berekende de Duitse ingenieur Walter Hohmann, geïnspireerd door sciencefiction, de meest efficiënte manier om naar een hogere baan te gaan.

donker vlees vs wit vlees kip

• De Hohmann-overdracht werkt door de raketmotoren één keer af te vuren op een bepaald punt in de lagere baan. Dit vuren voegt energie toe aan de baan en stuwt het ruimteschip verder van de aarde, waardoor zijn baan verandert van een cirkelvormige baan in een ovaalvormige baan.
• Op het punt in die nieuwe ovale baan waarop het ruimteschip het verst van de aarde is verwijderd, vuurt de bemanning de motoren van de raket opnieuw af en de ovale baan verandert weer in een cirkel - deze verder van de aarde dan de vorige.

De Hohmann-overdracht is de industriestandaard voor de meest energiezuinige orbitale overdracht en is van toepassing, ongeacht hoe ver u de ruimte in reist. Als een ruimteschip in een baan om de aarde zijn motor lang genoeg afvuurt, zal het uiteindelijk snel genoeg gaan om weg te vliegen naar de verre ruimte, om aan de zwaartekracht van de planeet te ontsnappen. Die snelheid, ontsnappingssnelheid genoemd, is gewoon de vierkantswortel van 2, of 41% sneller dan de omloopsnelheid.

Hoe is de Hohmann-overdracht van toepassing op het internationale ruimtestation?

De Hohmann-transfer wordt gebruikt door de bemanning van het International Space Station (ISS). Vanwege kleine stukjes lucht rond het ISS, wordt het station tijdens zijn baan een beetje teruggetrokken naar de aarde. Om een ​​voortdurende spiraal naar de aarde te voorkomen, moet de bemanning aan boord van het ISS of Mission Control af en toe zijn motoren afvuren om het in een hogere baan om de aarde te brengen.

Hoe wordt de Hohmann-overdracht toegepast op interplanetair reizen?

Stel dat u een ruimtevaartuig van de aarde naar Mars probeert te sturen en dat u dit zo efficiënt mogelijk wilt doen. Om dit te bereiken, profiteren wetenschappers van het feit dat het ruimtevaartuig is al in een baan om de aarde voordat het wordt gelanceerd. Hoe is dit waar? De reden is dat het ruimtevaartuig op aarde zit en de aarde om de zon draait.

Mars draait ook om de zon, maar op een veel grotere afstand (of hoogte boven de zon). Wetenschappers gebruiken de aardse en Martiaanse banen om vast te stellen wat bekend staat als een perihelium en een aphelium.

• Het perihelium (de dichtste nadering tot de zon) zal zich op de afstand van de baan van de aarde bevinden
• Het aphelium (verste afstand van de zon) zal zich op de afstand van de baan van Mars bevinden

Wetenschappers ontwerpen een baan voor de raket die zal omvatten: beide het perihelium en het aphelium. Met andere woorden, de raket zal in een enkele baan om de zon samenvallen met de baan van de aarde aan het begin van zijn reis en zal samenvallen met de baan van Mars aan het einde van zijn reis. Dit staat bekend als een Hohmann Transfer-baan. Het specifieke deel van de baan van de raket dat hem van de aarde naar Mars brengt, wordt zijn baan genoemd.

Leer meer over ruimteverkenning in de MasterClass van voormalig astronaut Chris Hadfield.

Masterclass

Voorgesteld voor jou

Online lessen gegeven door 's werelds grootste geesten. Breid uw kennis uit in deze categorieën.

hoe lang duurt het voordat paprika's groeien?

Leert ruimteverkenning

Leert Conservering

Leert wetenschappelijk denken en communiceren

Leert de wetenschap van beter slapen