Las naves espaciales y los satélites se utilizan a menudo para orbitar cuerpos celestes, ya sea la luna, un planeta distante o la Tierra misma. Pero no todas las órbitas son iguales. Las órbitas a bajas altitudes requieren diferentes velocidades y gastos de energía que las órbitas a grandes altitudes. Una vez que un objeto está orbitando a una altitud específica, las leyes de la inercia facilitan el mantenimiento de esa órbita. Pero cambiar la altitud de la órbita es bastante complicado. Afortunadamente, los físicos modernos tienen un método para hacer posible tal cosa: la transferencia de Hohmann.
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- ¿Qué es la transferencia de Hohmann?
- ¿Cómo funciona la transferencia de Hohmann?
- ¿Cómo se aplica la transferencia de Hohmann a la Estación Espacial Internacional?
- ¿Cómo se aplica la transferencia de Hohmann a los viajes interplanetarios?
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Aprende más what-is-the-hohmann-transfer¿Qué es la transferencia de Hohmann?
La transferencia de Hohmann es un sistema de lanzamiento de cohetes que los físicos utilizan para mover una nave espacial a una altitud de órbita diferente. Para comprender cómo funciona la transferencia de Hohmann, es importante comprender el principio más amplio de la mecánica orbital.
La mecánica orbital es un término para las matemáticas mediante las cuales una nave espacial cambia de órbita. Para los objetos que están en órbita, cuanto más cerca estén del objeto que orbitan, más rápido viajarán a su alrededor. Esto se aplica a cualquier objeto en órbita alrededor de otro:
- Tierra orbitando el sol
- La luna orbitando la Tierra
- Una nave espacial orbitando un planeta.
En mecánica orbital, los conceptos de aceleración y desaceleración son complejos y contrarios a la intuición. En órbita, encender los motores hacia adelante lo mueve hacia una órbita más alta, lo que en realidad significa que disminuye la velocidad, porque los objetos en una órbita más alta se mueven más lentamente. Para ir más rápido, debes desacelerar y caer en una órbita más baja.
Cuanto más lejos esté de la Tierra, menos magnificado será este efecto. Cuando te alejas lo suficiente de la Tierra, los efectos relativos de la mecánica orbital son tan bajos que puedes navegar como si estuvieras operando tu nave espacial en el espacio profundo.
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¿Cómo funciona la transferencia de Hohmann?
La transferencia de Hohmann es el método más utilizado para mover una nave espacial de una órbita más baja a una más alta.
En la década de 1920, el ingeniero alemán Walter Hohmann, inspirado en la ciencia ficción, calculó la forma más eficiente de moverse a una órbita superior.
- La transferencia de Hohmann funciona al encender los motores de los cohetes una vez en un punto determinado de la órbita inferior. Este disparo agrega energía a la órbita y propulsa la nave espacial más lejos de la Tierra, cambiando su órbita de una órbita circular a una órbita de forma ovalada.
- En el punto de esa nueva órbita ovalada en el que la nave espacial está más alejada de la Tierra, la tripulación enciende los motores del cohete nuevamente y la órbita ovalada vuelve a convertirse en un círculo, este más lejos de la Tierra que el anterior.
La transferencia Hohmann es el estándar de la industria para la transferencia orbital con mayor eficiencia energética, y se aplica sin importar qué tan lejos se viaje en el espacio. Si una nave espacial en órbita enciende su motor el tiempo suficiente, eventualmente irá lo suficientemente rápido como para volar al espacio profundo, escapando de la gravedad del planeta. Esa velocidad, llamada velocidad de escape, es simplemente la raíz cuadrada de 2, o un 41% más rápida que la velocidad orbital.
Chris Hadfield enseña exploración espacial Dra. Jane Goodall enseña conservación Neil deGrasse Tyson enseña pensamiento científico y comunicación Matthew Walker enseña la ciencia de dormir mejor how-does-the-hohmann-transfer-apply-to-the-international-space-station¿Cómo se aplica la transferencia de Hohmann a la Estación Espacial Internacional?
La transferencia de Hohmann es utilizada por la tripulación de la Estación Espacial Internacional (ISS). Debido a los pequeños trozos de aire alrededor de la ISS, la estación se ve empujada hacia la Tierra muy levemente mientras orbita. Para evitar una espiral continua hacia el interior de la Tierra, la tripulación a bordo de la ISS o Mission Control tiene que encender sus motores de vez en cuando para moverla a una órbita más alta.
how-is-the-hohmann-transfer-applied-to-interplanetary-travel¿Cómo se aplica la transferencia de Hohmann a los viajes interplanetarios?
Supongamos que está tratando de enviar una nave espacial desde la Tierra a Marte y desea hacerlo de la manera más eficiente posible. Para lograr esto, los científicos aprovechan el hecho de que la nave espacial está ya en órbita antes de su lanzamiento. ¿Cómo es esto cierto? La razón es que la nave espacial se encuentra en la Tierra y la Tierra orbita alrededor del Sol.
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Marte también orbita alrededor del sol, pero a una distancia mucho mayor (o altitud por encima del sol). Los científicos utilizan las órbitas terrestre y marciana para establecer lo que se conoce como perihelio y afelio.
- El perihelio (la aproximación más cercana al sol) estará a la distancia de la órbita de la Tierra.
- El afelio (la distancia más lejana del sol) estará a la distancia de la órbita de Marte.
Los científicos diseñan una órbita para el cohete que incluirá ambas cosas el perihelio y el afelio. En otras palabras, el cohete, en una sola órbita del sol, coincidirá con la órbita de la Tierra al inicio de su viaje y coincidirá con la órbita de Marte al final de su viaje. Esto se conoce como órbita de transferencia de Hohmann. La parte específica de la órbita solar del cohete que lo lleva de la Tierra a Marte se llama trayectoria.
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