Qu'est-ce que le transfert Hohmann ? Calcul du transfert de Hohmann pour les orbites

Les vaisseaux spatiaux et les satellites sont souvent utilisés pour orbiter des corps célestes, que ce soit la lune, une planète lointaine ou la Terre elle-même. Mais toutes les orbites ne sont pas identiques. Les orbites à basse altitude nécessitent des vitesses et des dépenses d'énergie différentes de celles des orbites à haute altitude. Une fois qu'un objet est en orbite à une altitude spécifique, les lois de l'inertie rendent très facile le maintien de cette orbite. Mais changer l'altitude de l'orbite est assez compliqué. Heureusement, les physiciens modernes ont une méthode pour rendre une telle chose possible : le transfert Hohmann.

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• Qu'est-ce que le transfert Hohmann ?
• Comment fonctionne le transfert Hohmann ?
• Comment le transfert Hohmann s'applique-t-il à la Station spatiale internationale ?
• Comment le transfert Hohmann est-il appliqué aux voyages interplanétaires ?
• En savoir plus sur la MasterClass de Chris Hadfield

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Qu'est-ce que le transfert Hohmann ?

Le transfert Hohmann est un système de tir de fusées que les physiciens utilisent pour déplacer un vaisseau spatial à une altitude d'orbite différente. Pour comprendre comment fonctionne le transfert de Hohmann, il est important de comprendre le principe plus large de la mécanique orbitale.

La mécanique orbitale est un terme pour les mathématiques par lesquelles un vaisseau spatial change d'orbite. Pour les objets qui sont en orbite, plus ils sont proches de l'objet en orbite, plus ils le contourneront rapidement. Ceci s'applique à tout objet en orbite autour d'un autre :

• Terre en orbite autour du soleil
• La lune en orbite autour de la Terre
• Un vaisseau spatial en orbite autour d'une planète

En mécanique orbitale, les concepts d'accélération et de ralentissement sont complexes et contre-intuitifs. En orbite, tirer vos moteurs vers l'avant vous fait avancer sur une orbite plus élevée, ce qui signifie en fait que vous ralentissez, car les objets sur une orbite plus élevée se déplacent plus lentement. Pour aller plus vite, vous devez décélérer et tomber sur une orbite plus basse.

Plus vous êtes loin de la Terre, moins cet effet est amplifié. Lorsque vous vous éloignez suffisamment de la Terre, les effets relatifs de la mécanique orbitale sont si faibles que vous pouvez naviguer comme si vous utilisiez votre vaisseau spatial dans l'espace lointain.

la caractérisation indirecte est __________ par l'auteur.

Comment fonctionne le transfert Hohmann ?

Le transfert Hohmann est la méthode la plus couramment utilisée pour déplacer un vaisseau spatial d'une orbite inférieure à une orbite supérieure.

Dans les années 1920, l'ingénieur allemand Walter Hohmann, inspiré par la science-fiction, a calculé le moyen le plus efficace de se déplacer vers une orbite plus élevée.

• Le transfert Hohmann fonctionne en déclenchant les moteurs de fusée une fois à un certain point de l'orbite inférieure. Ce tir ajoute de l'énergie à l'orbite et propulse le vaisseau spatial plus loin de la Terre, changeant son orbite d'une orbite circulaire à une orbite de forme ovale.
• Au point de cette nouvelle orbite ovale où le vaisseau spatial est le plus éloigné de la Terre, l'équipage allume à nouveau les moteurs de la fusée et l'orbite ovale redevient un cercle, celui-ci plus éloigné de la Terre que le précédent.

Le transfert Hohmann est la norme de l'industrie pour le transfert orbital le plus économe en énergie, et il s'applique quelle que soit la distance dans l'espace que vous voyagez. Si un vaisseau spatial en orbite fait fonctionner son moteur assez longtemps, il finira par aller assez vite pour s'envoler dans l'espace lointain, échappant à la gravité de la planète. Cette vitesse, appelée vitesse d'échappement, est simplement la racine carrée de 2, soit 41 % plus rapide que la vitesse orbitale.

Comment le transfert Hohmann s'applique-t-il à la Station spatiale internationale ?

Le transfert Hohmann est utilisé par l'équipage de la Station spatiale internationale (ISS). En raison de petits morceaux d'air autour de l'ISS, la station est légèrement tirée vers la Terre lorsqu'elle est en orbite. Afin d'éviter une spirale continue vers la Terre, l'équipage à bord de l'ISS ou de Mission Control doit allumer ses moteurs de temps en temps pour le déplacer sur une orbite plus élevée.

Comment le transfert Hohmann est-il appliqué aux voyages interplanétaires ?

Disons que vous essayez d'envoyer un vaisseau spatial de la Terre à Mars et que vous voulez le faire aussi efficacement que possible. Pour ce faire, les scientifiques profitent du fait que le vaisseau spatial est déjà en orbite avant son lancement. Comment est-ce vrai ? La raison en est que le vaisseau spatial se trouve sur Terre et que la Terre est en orbite autour du soleil.

dans le modèle de flux circulaire, les ménages :

Mars est également en orbite autour du soleil, mais à une distance beaucoup plus grande (ou altitude au-dessus du soleil). Les scientifiques utilisent les orbites terrestre et martienne pour établir ce qu'on appelle un périhélie et un aphélie.

• Le périhélie (approche la plus proche du soleil) sera à la distance de l'orbite terrestre
• L'aphélie (la plus éloignée du soleil) sera à la distance de l'orbite de Mars

Les scientifiques conçoivent une orbite pour la fusée qui comprendra tous les deux le périhélie et l'aphélie. Autrement dit, la fusée, sur une seule orbite du soleil, coïncidera avec l'orbite de la Terre au début de son voyage et coïncidera avec l'orbite de Mars à la fin de son voyage. C'est ce qu'on appelle une orbite de transfert Hohmann. La partie spécifique de l'orbite solaire de la fusée qui la mène de la Terre à Mars s'appelle sa trajectoire.

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