ما هو تحويل هوهمان؟ حساب تحويل هوهمان للمدارات

غالبًا ما تُستخدم السفن الفضائية والأقمار الصناعية للدوران حول الأجرام السماوية ، سواء كان ذلك القمر أو كوكبًا بعيدًا أو الأرض نفسها. لكن ليست كل المدارات متشابهة. تتطلب المدارات على ارتفاعات منخفضة سرعات مختلفة ونفقات طاقة مختلفة عن المدارات على ارتفاعات عالية. بمجرد أن يدور جسم ما على ارتفاع معين ، فإن قوانين القصور الذاتي تجعل من السهل جدًا الحفاظ على هذا المدار. لكن تغيير ارتفاع المدار أمر معقد للغاية. لحسن الحظ ، لدى الفيزيائيين المعاصرين طريقة لجعل مثل هذا الشيء ممكنًا: نقل هوهمان.

انتقل إلى القسم

ما هو تحويل هوهمان؟
كيف يعمل نقل هوهمان؟
كيف ينطبق نقل هوهمان على محطة الفضاء الدولية؟
كيف يتم تطبيق نقل هوهمان على السفر بين الكواكب؟
تعرف على المزيد حول MasterClass لكريس هادفيلد

كريس هادفيلد يعلم استكشاف الفضاء كريس هادفيلد يعلم استكشاف الفضاء

يعلمك القائد السابق لمحطة الفضاء الدولية علم استكشاف الفضاء وما يخبئه المستقبل.

يتعلم أكثر

ما هو تحويل هوهمان؟

نقل هوهمان هو نظام لإطلاق الصواريخ يستخدمه الفيزيائيون لتحريك مركبة فضائية إلى ارتفاع مختلف من المدار. لفهم كيفية عمل نقل هوهمان ، من المهم فهم المبدأ الأوسع للميكانيكا المدارية.

ميكانيكا المدار هو مصطلح للرياضيات التي تغير بها مركبة الفضاء مدارها. بالنسبة للأجسام الموجودة في المدار ، كلما اقتربت من الكائن الذي يدور حوله ، زادت سرعة تحركها حوله. هذا ينطبق على أي جسم يدور حول آخر:

الأرض تدور حول الشمس
القمر يدور حول الأرض
مركبة فضائية تدور حول كوكب

في الميكانيكا المدارية ، تعتبر مفاهيم التسريع والإبطاء معقدة وغير بديهية. في المدار ، يؤدي إطلاق محركاتك إلى الأمام إلى تحريكك للأمام إلى مدار أعلى ، مما يعني في الواقع أنك تبطئ ، لأن الأجسام الموجودة في مدار أعلى تتحرك ببطء أكبر. من أجل أن تسير بشكل أسرع تحتاج إلى إبطاء السرعة والسقوط في مدار منخفض.

كلما كنت بعيدًا عن الأرض ، كلما قل هذا التأثير. عندما تبتعد بما يكفي عن الأرض ، تكون التأثيرات النسبية للميكانيكا المدارية منخفضة للغاية بحيث يمكنك التنقل كما لو كنت تشغل سفينة الفضاء الخاصة بك في الفضاء السحيق.

كم كوب في نصف لتر من الحليب

كيف يعمل نقل هوهمان؟

طريقة نقل هوهمان هي الطريقة الأكثر استخدامًا لنقل مركبة فضائية من مدار منخفض إلى مدار أعلى.

في عشرينيات القرن الماضي ، قام المهندس الألماني والتر هوهمان ، مستوحى من الخيال العلمي ، بحساب الطريقة الأكثر فعالية للانتقال إلى مدار أعلى.

يعمل نقل Hohmann عن طريق إطلاق محركات الصواريخ مرة واحدة في نقطة معينة في المدار السفلي. يضيف هذا الإطلاق طاقة إلى المدار ويدفع سفينة الفضاء بعيدًا عن الأرض ، ويغير مدارها من مدار دائري إلى مدار بيضاوي الشكل.
عند النقطة في ذلك المدار البيضاوي الجديد الذي تكون فيه سفينة الفضاء أبعد ما يكون عن الأرض ، يقوم الطاقم بإطلاق محركات الصاروخ مرة أخرى ، ويتحول المدار البيضاوي مرة أخرى إلى دائرة - هذا أبعد ما يكون عن الأرض.

نقل Hohmann هو المعيار الصناعي للنقل المداري الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، وينطبق بغض النظر عن المسافة التي تسافر إليها في الفضاء. إذا أطلقت مركبة فضائية في المدار محركها لفترة كافية ، فستذهب في النهاية بسرعة كافية لتطير بعيدًا في الفضاء السحيق ، لتهرب من جاذبية الكوكب. هذه السرعة ، التي تسمى سرعة الهروب ، هي ببساطة الجذر التربيعي لـ 2 ، أو أسرع بنسبة 41٪ من السرعة المدارية.

كريس هادفيلد يدرّس استكشاف الفضاء الدكتورة جين غودال تُدرّس الحفظ نيل ديغراس تايسون يعلّم التفكير العلمي والتواصل ماثيو والكر يعلّم علم النوم الأفضل

كيف ينطبق نقل هوهمان على محطة الفضاء الدولية؟

يتم استخدام نقل Hohmann من قبل طاقم محطة الفضاء الدولية (ISS). بسبب أجزاء صغيرة من الهواء حول محطة الفضاء الدولية ، يتم سحب المحطة مرة أخرى نحو الأرض بشكل طفيف أثناء دورانها. من أجل تجنب دوامة مستمرة إلى الداخل إلى الأرض ، يتعين على الطاقم الموجود على متن محطة الفضاء الدولية أو التحكم في المهمة تشغيل محركاتها في كثير من الأحيان لنقلها إلى مدار أعلى.

كيف يتم تطبيق نقل هوهمان على السفر بين الكواكب؟

لنفترض أنك تحاول إرسال مركبة فضائية من الأرض إلى المريخ ، وتريد القيام بذلك بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. لتحقيق ذلك ، يستفيد العلماء من حقيقة أن المركبة الفضائية بالفعل في المدار قبل إطلاقه. كيف هذا صحيح؟ والسبب هو أن المركبة الفضائية تجلس على الأرض ، والأرض تدور حول الشمس.

يدور المريخ أيضًا حول الشمس ، ولكن على مسافة أكبر بكثير (أو على ارتفاع فوق الشمس). يستخدم العلماء المدارات الأرضية والمريخية لتأسيس ما يُعرف باسم الحضيض والأوج.

معنى الإعداد في القصة

سيكون الحضيض الشمسي (أقرب اقتراب من الشمس) على مسافة مدار الأرض
الأوج (الأبعد مسافة من الشمس) سيكون على مسافة مدار المريخ

يصمم العلماء مدارًا للصاروخ يتضمن على حد سواء الحضيض و الأوج. بمعنى آخر ، الصاروخ ، في مدار واحد للشمس ، سيتزامن مع مدار الأرض في بداية رحلته وسيتزامن مع مدار المريخ في نهاية رحلته. يُعرف هذا بمدار نقل هوهمان. يسمى الجزء المحدد من المدار الشمسي للصاروخ الذي ينقله من الأرض إلى المريخ مساره.