Naves espaciais e satélites são frequentemente usados ​​para orbitar corpos celestes, seja a lua, um planeta distante ou a própria Terra. Mas nem todas as órbitas são iguais. As órbitas em baixas altitudes requerem velocidades e gastos de energia diferentes do que as órbitas em altas altitudes. Uma vez que um objeto está orbitando em uma altitude específica, as leis da inércia tornam muito fácil manter essa órbita. Mas mudar a altitude da órbita é bastante complicado. Felizmente, os físicos modernos têm um método para tornar isso possível: a transferência de Hohmann.

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O que é a transferência Hohmann?

A transferência Hohmann é um sistema de foguetes que os físicos usam para mover uma espaçonave para uma altitude diferente de órbita. Para entender como funciona a transferência de Hohmann, é importante entender o princípio mais amplo da mecânica orbital.

Mecânica orbital é um termo para a matemática pela qual uma nave espacial muda de órbita. Para objetos que estão em órbita, quanto mais próximos estão do objeto que orbitam, mais rápido viajarão ao redor dele. Isso se aplica a qualquer objeto orbitando outro:

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  • Terra orbitando o sol
  • A lua orbitando a Terra
  • Uma nave espacial orbitando um planeta

Na mecânica orbital, os conceitos de aceleração e desaceleração são complexos e contra-intuitivos. Em órbita, disparar seus motores para frente move você para uma órbita mais alta, o que na verdade significa que você diminui a velocidade, porque os objetos em uma órbita mais alta se movem mais lentamente. Para ir mais rápido, você precisa desacelerar e cair em uma órbita inferior.

Quanto mais longe você estiver da Terra, menos ampliado será o efeito. Quando você se afasta o suficiente da Terra, os efeitos relativos da mecânica orbital são tão baixos que você pode navegar como se estivesse operando sua nave espacial no espaço profundo.

Como funciona a transferência Hohmann?

A transferência Hohmann é o método mais comumente usado para mover uma nave espacial de uma órbita inferior para uma superior.

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Na década de 1920, o engenheiro alemão Walter Hohmann, inspirado na ficção científica, calculou a maneira mais eficiente de se mover para uma órbita mais alta.

  • A transferência Hohmann funciona acionando os motores do foguete uma vez em um determinado ponto na órbita inferior. Este disparo adiciona energia à órbita e impulsiona a espaçonave para mais longe da Terra, mudando sua órbita de uma órbita circular para uma órbita oval.
  • No ponto dessa nova órbita oval em que a nave está mais distante da Terra, a tripulação dispara os motores do foguete novamente e a órbita oval volta a ser um círculo - este mais distante da Terra do que o anterior.

A transferência Hohmann é o padrão da indústria para a transferência orbital mais eficiente em termos de energia e se aplica independentemente da distância que você está viajando no espaço. Se uma espaçonave em órbita disparar seu motor por tempo suficiente, ela eventualmente irá rápido o suficiente para voar para o espaço profundo, escapando da gravidade do planeta. Essa velocidade, chamada velocidade de escape, é simplesmente a raiz quadrada de 2, ou 41% mais rápida do que a velocidade orbital.

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Como a transferência de Hohmann se aplica à Estação Espacial Internacional?

A transferência Hohmann é usada pela tripulação da Estação Espacial Internacional (ISS). Por causa de pequenos pedaços de ar ao redor da ISS, a estação é puxada para trás em direção à Terra ligeiramente enquanto orbita. A fim de evitar uma espiral contínua para dentro da Terra, a tripulação a bordo da ISS ou do Controle da Missão precisa acionar seus motores de vez em quando para movê-la para uma órbita mais alta.

Como a transferência de Hohmann é aplicada à viagem interplanetária?

Digamos que você esteja tentando enviar uma espaçonave da Terra a Marte e queira fazer isso da maneira mais eficiente possível. Para conseguir isso, os cientistas aproveitam o fato de que a espaçonave é já em órbita antes do lançamento. Como isso é verdade? A razão é que a espaçonave fica na Terra e a Terra orbita o sol.

Marte também orbita o sol, mas a uma distância muito maior (ou altitude acima do sol). Os cientistas usam as órbitas terrestre e marciana para estabelecer o que é conhecido como periélio e afélio.

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  • O periélio (a abordagem mais próxima do sol) estará na distância da órbita da Terra
  • O afélio (distância mais distante do sol) estará na distância da órbita de Marte

Os cientistas projetam uma órbita para o foguete que incluirá Ambas o periélio e o afélio. Em outras palavras, o foguete, em uma única órbita do sol, coincidirá com a órbita da Terra no início de sua jornada e coincidirá com a órbita de Marte no final de sua jornada. Isso é conhecido como uma órbita de transferência de Hohmann. A porção específica da órbita solar do foguete que o leva da Terra a Marte é chamada de trajetória.

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