ホーマン転送とは何ですか？軌道のホーマン転送の計算

宇宙船や人工衛星は、月、遠くの惑星、地球そのものなど、天体を周回するためによく使用されます。しかし、すべての軌道が同じというわけではありません。低高度での軌道は、高高度での軌道とは異なる速度とエネルギー消費を必要とします。オブジェクトが特定の高度で周回すると、慣性の法則により、その軌道を維持することが非常に簡単になります。しかし、軌道高度の変更は非常に複雑です。幸いなことに、現代の物理学者は、そのようなことを可能にする方法を持っています。それは、ホーマン転移です。

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ホーマン転送とは何ですか？
ホーマン転送はどのように機能しますか?
ホーマン転送は国際宇宙ステーションにどのように適用されますか?
ホーマン転送は惑星間旅行にどのように適用されますか?
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ホーマン転送とは何ですか？

ホーマン転送は、物理学者が宇宙船を異なる高度の軌道に移動するために使用するロケット発射システムです。ホーマン転移がどのように機能するかを理解するには、軌道力学のより広い原理を理解することが重要です。

軌道力学は、宇宙船が軌道を変える数学の用語です。軌道上にある物体の場合、軌道上にある物体に近いほど、その周囲をより速く移動します。これは、別の軌道を周回するすべてのオブジェクトに適用されます。

太陽の周りを回る地球
地球を周回する月
惑星を周回する宇宙船

軌道力学では、加速と減速の概念は複雑で直感的ではありません。軌道上では、エンジンを前方に向けて発射すると、より高い軌道に前方に移動します。つまり、より高い軌道にあるオブジェクトの移動速度が遅いため、実際には速度が低下します。より速く進むためには、減速してより低い軌道に落ちる必要があります。

地球から離れれば離れるほど、この影響は大きくなりません。地球から十分に離れると、軌道力学の相対的な影響が非常に小さくなるため、深宇宙で宇宙船を操作しているかのように航行できます。

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ホーマン転送はどのように機能しますか?

ホーマン転送は、宇宙船を低軌道から高軌道に移動するために最も一般的に使用される方法です。

1920 年代、サイエンスフィクションに触発されたドイツ人エンジニアのヴァルターホーマンは、より高い軌道に移動する最も効率的な方法を計算しました。

ホーマントランスファーは、低軌道の特定のポイントでロケットエンジンを 1 回発射することによって機能します。この発射により軌道にエネルギーが加わり、宇宙船を地球から遠ざけ、その軌道を円軌道から楕円形軌道に変える。
宇宙船が地球から最も離れた新しい楕円軌道の地点で、乗組員はロケットのエンジンを再び始動させ、楕円軌道は円に戻ります。

ホーマン転送は、最もエネルギー効率の高い軌道転送の業界標準であり、宇宙のどこまで移動しても適用されます。軌道上にある宇宙船が十分に長くエンジンを始動すると、最終的には、惑星の重力を逃れながら、十分な速度で深宇宙に飛び去ります。脱出速度と呼ばれるその速度は、単純に 2 の平方根であり、軌道速度よりも 41% 高速です。

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ホーマン転送は国際宇宙ステーションにどのように適用されますか?

ホーマン転送は、国際宇宙ステーション (ISS) の乗組員によって使用されます。 ISS の周りの小さな空気のせいで、ISS は軌道を回っているときに地球に向かってわずかに引き戻されます。地球へのスパイラルが続くのを避けるために、ISS またはミッションコントロールセンターの乗組員は、エンジンを頻繁に始動させて、より高い軌道に移動させる必要があります。

ホーマン転送は惑星間旅行にどのように適用されますか?

宇宙船を地球から火星に送り、できるだけ効率的に送りたいとしましょう。これを達成するために、科学者は宇宙船が すでに軌道上にある 起動する前に。これはどのように真実ですか？その理由は、宇宙船が地球上にあり、地球が太陽の周りを回っているためです。

良い説明の書き方

火星も太陽の周りを回っていますが、はるかに長い距離 (または太陽より上の高度) にあります。科学者は、地球と火星の軌道を使用して、近日点と遠日点として知られているものを確立します。

近日点 (太陽に最も接近する) は、地球の軌道の距離になります。
遠日点 (太陽からの最も遠い距離) は、火星の軌道の距離になります。

科学者は、ロケットの軌道を設計します。 どちらも 近日点 そして アフェリオン。言い換えれば、太陽の単一軌道にあるロケットは、その旅の始めに地球の軌道と一致し、その旅の終わりに火星の軌道と一致します。これは、ホーマン転送軌道として知られています。地球から火星に向かうロケットの太陽軌道の特定の部分は、その軌道と呼ばれます。

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